DE112011103905B4

DE112011103905B4 - Drahtschneideelektroerodierverfahren und Halbleiterwaferherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112011103905B4
Application number: DE112011103905.0T
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Miyake; Tatsushi Sato; Kazuhiko Fukushima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2031-05-19
Also published as: DE112011103905T5; JPWO2012070167A1; WO2012070167A1; US9387548B2; US20130240487A1; JP5490255B2; CN103228387A; CN103228387B

Abstract

Drahtschneideelektroerodierverfahren, wobei ein Draht (3) überein Paar parallel angeordneter und voneinander beabstandeter Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d);der einen Paralleldrahtabschnitt (PS) zwischen den Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) bildet, indem er mehrere Male voneinander getrennt in feststehenden Abständen zwischen den Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) in Eingriff gebracht ist, um mit den Drehungen der Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) mitzulaufen; und wobeiein zwischen dem Paar Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) angeordnetes Paar schwingungsdämpfender Führungsrollen (7a, 7b), das mehrere Schneidedrahtabschnitte (CL) bildet, Schwingungen dämpft, indem ein Antriebskontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt (PS) hergestellt wird, wobei die schwingungsdämpfenden Führungsrollen (7a, 7b), sich in oder entgegengesetzt einer Laufrichtung des Drahts (3) bewegen; und wobeimehrere Energieeinspeisungskontakte (6a, 6b), die in jeden der mehreren Schneidedrahtabschnitte (CL) Energie einspeisen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Drahtschneideelektroerodierverfahren, Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtungen und Schneideverfahren, die selbige verwenden, und auf Verfahren zur Herstellung von Halbleiterwafern, die durch Zerschneiden von Halbleiterkristall erhalten werden.
STAND DER TECHNIK
Wenn bei der herkömmlichen Drahtschneideelektroerodierbearbeitung dünne plattenförmige Wafer durch Zerschneiden eines säulenförmigen Werkstücks hergestellt werden, werden viele Drähte verwendet, um ein gleichzeitiges Zerschneiden durchzuführen. Um die Produktivität des vorstehenden Schneidevorgangs zu erhöhen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Stück Draht wiederholt zwischen mehreren Führungsrollen in Eingriff gebracht ist. Eine Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung, die sich dieses Verfahrens bedient, ist dergestalt, dass Drahtschneideabschnitte dort gebildet sind, wo ein Draht in feststehenden Abständen parallel angeordnet ist, und bewirkt wird, dass die Drahtschneideabschnitte dem Werkstück nahe kommen, und auch Energieeinspeisungskontakte verwendet werden, um in jeden der Drahtschneideabschnitte separat Energie einzuspeisen, Entladungen gleichzeitig zwischen jedem Drahtschneideabschnitt und dem Werkstück erzeugt werden, um parallel an mehreren Stellen einen Schneidevorgang durchzuführen (siehe z.B. Patentschrift 1).
Darüber hinaus ist es bekannt, dass eine Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung, in der ein Stück Draht wiederholt zwischen jeweils mehreren Führungsrollen in Eingriff gebracht ist, mit einer Andruckstange ausgestattet ist, die Schwingungen von Energieeinspeisungskontakten und eines Schneidedrahtabschnitts unterdrückt (siehe z.B. Patentschrift 2). Außerdem ist es bekannt, dass die Drahtschwingung auch dadurch unterdrückt werden kann, dass der Draht zur Drahtschneideelektroerodierbearbeitung gegen die Energieeinspeisungskontakte gedrückt wird (siehe z.B. Patentschrift 3).
Zusätzlich beschreibt Patentschrift 4 Führungsrollen, die mit Nuten ausgebildet sind, und Energieeinspeisungskontakte, die in mehrere Drähte für eine Drahtschneidebearbeitungsvorrichtung Energie einspeisen.
Verwandter Stand der Technik
Patentschriften

Patentschrift 1 JP 2000 - 94 221 A
Patentschrift 2 JP 2010- 5 735 A
Patentschrift 3 JP H05- 96 421 A
Patentschrift 4 JP- S54- 17 291 A

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Problem, das von der Erfindung gelöst werden soll
Bei einer Drahtschneideelektroerodiervorrichtung wie in der Patentschrift 1 werden jedoch Schwingungen von Führungsrollen, die sich aus Faktoren wie etwa einem Formfehler oder einer Exzentrizität der Führungsrolle, einer Lagerschwingung und/oder ungleichmäßiger Drehung eines Motors ergeben, nicht vermieden, so dass die Schwingungen der Führungsrollen auf den Draht übertragen werden, wodurch Schwingungen verursacht werden, die an den dem Werkstück zugewandten Schneidedrahtabschnitten auftreten. Aus diesem Grund führt in Situationen, in denen Halbleiterwafer hergestellt werden, indem eine Elektroerodierbearbeitung unter Bedingungen durchgeführt wird, bei denen ein Entladungsspalt - ein Raum zwischen einem Draht und einem Werkstück - mikroskopisch klein ist, eine durch Schwingung des Schneidedrahtabschnitts verursachte Veränderung von nur einigen Mikrometern im Entladungsspalt zu unsteten Entladungen und dadurch zu einer herabgesetzten Bearbeitungsgenauigkeit. Im Ergebnis bestand ein Problem darin, dass Breitenschwankungen zwischen im Werkstück ausgebildeten Bearbeitungsnuten entstanden, was zu einer großen Dickenschwankung zwischen Wafern führte, die gleichzeitig abgeschnitten werden.
Darüber hinaus ist bei den Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtungen wie etwa in Patentschrift 1 und Patentschrift 2 ein Mechanismus, der Drahtschwingungen unterdrückt, nicht mit einem Mechanismus ausgestattet, der Abstände zwischen den Drähten regelt, so dass, wenn solch ein Schwingungsunterdrückungsmechanismus auf eine Entladungsbearbeitungsvorrichtung angewendet wird, in der ein Draht wiederholt mit Rollen in Eingriff gebracht wird, sich in manchen Fällen die Drahtabstände während mehrerer Schneideprozesse verändern. In manchen Fällen umfasst der Mechanismus, der Drahtschwingung unterdrückt, auch die Fähigkeit, ein elektrisches Signal wie etwa eines Energieeinspeisungskontakts zu übertragen. In einem solchen Fall muss der Mechanismus aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff bestehen, was in einem bestimmten Fall nicht unbedingt für eine gegen den Draht zu drückende Struktur ausreicht.
Darüber hinaus sind die Energieeinspeisungskontakte in der Patentschrift 4 nur zu einer Seite des Werkstücks hin angeordnet, und somit haben Nuten der Energieeinspeisungskontakte Strukturen, die seitliche Bewegungen des Drahts nicht ausreichend unterdrücken können.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehenden Probleme zu überwinden, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung und ein Halbleiterwaferherstellungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Schneideprozess mit hoher Genauigkeit durchzuführen, indem Schwingungen von Schneidedrahtabschnitten unterdrückt werden.
Mittel zur Lösung des Problems
Ein Drahtschneideelektroerodierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar parallel angeordneter und voneinander beabstandeter Führungsrollen; einen Draht, der einen Paralleldrahtabschnitt zwischen den Führungsrollen bildet, indem er mehrere Male voneinander getrennt in feststehenden Abständen zwischen den Führungsrollen in Eingriff gebracht ist, und mit der Drehung der Führungsrollen mitläuft; ein zwischen dem Paar Führungsrollen angeordnetes Paar schwingungsdämpfender Führungsrollen, das mehrere Schneidedrahtabschnitte bildet, die gedämpft werden, indem ein Antriebskontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt hergestellt wird; und mehrere Energieeinspeisungskontakte, die in jeden der mehreren Schneidedrahtabschnitte Energie einspeisen.
Ein Drahtschneideelektroerodierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sieht darüber hinaus ein Paar parallel angeordneter und voneinander beabstandeter Führungsrollen vor; einen Draht, der einen Paralleldrahtabschnitt zwischen den Führungsrollen bildet, indem er mehrere Male voneinander getrennt in feststehenden Abständen zwischen den Führungsrollen in Eingriff gebracht ist, und mit der Drehung der Führungsrollen mitläuft; ein zwischen dem Paar Führungsrollen angeordnetes Paar schwingungsdämpfender Führungen, das mehrere Schneidedrahtabschnitte bildet, die gedämpft werden, indem ein Kontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt hergestellt wird; und mehrere Energieeinspeisungskontakte, die in jeden der mehreren Schneidedrahtabschnitte Energie einspeisen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann Schwingungen von Schneidedrahtabschnitten unterdrücken, um eine Drahtschneideelektroerodierbearbeitung mit einem Beharrungszustandsbetrieb selbst unter einer Mikrospaltentladung zu erzielen, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert wird.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die einen Aufbau einer Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, der ein Lageverhältnis zwischen einem Draht und einem Werkstück zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Teilstruktur einer schwingungsdämpfenden Führungsrolle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Düse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Struktur der Düse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt;
7 ist eine Seitenansicht, die einen Aufbau einer Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 zeigt;
8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
9 ist eine andereQuerschnittsansicht, die den Aufbau der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt;
10 ist eineQuerschnittsansicht, die einen Aufbau einer Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 zeigt; und
11 ist ein Satz Ansichten, die Querschnittsaufbauweisen einer schwingungsdämpfenden Führung der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 zeigen.

ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
1 ist eine Seitenansicht, die einen Aufbau eines Hauptteils einer Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei Hauptführungsrollen 1a, 1b, 1c und 1d handelt es sich um leitende Führungsrollen, die ein Drahtlaufsystem bilden. In der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung sind vier Hauptführungsrollen mit demselben Durchmesser parallel und voneinander beabstandet angeordnet. Ein von einer Drahtspule 2 abgewickeltes Stück Draht 3 überspannt nacheinander den Raum zwischen den vier Führungsrollen 1a bis 1d und ist wiederholt mit jeder Rolle in Eingriff gebracht, wobei ein konstanter Abstand zwischen Segmenten des Drahts besteht. Der Draht 3 läuft mit den Drehungen der Hauptrollen 1a bis 1d mit und erreicht schließlich eine Drahtaufwicklungsspule 4. Die Hauptführungsrollen 1c, 1d sind an Stellen angeordnet, die sich auf entgegengesetzten Seiten eines Werkstücks 5 befinden. Der Draht 3 erstreckt sich unter einer konstanten Spannung zwischen den beiden Hauptführungsrollen, wodurch ein Abschnitt PS aus mehreren parallelen Drähten gebildet wird, in dem die Drähte in der Längsrichtung der Hauptführungsrolle voneinander beanstandet sind. In der vorliegenden technischen Beschreibung gibt der Paralleldrahtabschnitt PS den Abschnitt an, ab dem der Draht von der Hauptführungsrolle 1c dorthin vorrückt, wo der Draht mit der Hauptführungsrolle 1d in Eingriff ist. Innerhalb des vorstehenden Paralleldrahtabschnitts PS stellt ein Schneidedrahtabschnitt CL einen linear gespannten Bereich des Drahts inklusive seines Abschnitts dar, der sich dem Werkstück 5 gegenüberliegend befindet. 1 zeigt einen Zustand, in dem der Schneidedrahtabschnitt CL in das Werkstück 5 einläuft, nachdem das Schneiden des Werkstücks 5 begonnen hat.
Bei Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b, die in Kontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt PS angeordnet sind, handelt es sich um Elektroden, die den Schneidedrahtabschnitten CL separat Spannungsimpulse zuführen, und 1 zeigt, dass zwei Einheiten vorgesehen sind. Darüber hinaus sind schwingungsdämpfende Führungsrollen 7a, 7b am Paralleldrahtabschnitt PS zwischen den Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b angeordnet, und der Draht 3 wird immer in einem Eingriffsverhältnis mit den Rollen gehalten, um dadurch den Draht 3 an die vorgesehene Stelle zu leiten. Im Spezielleren handelt es sich bei den schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b um Führungsrollen - die zwischen einem Paar der Hauptführungsrollen angeordnet und in Kontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt PS bewegt werden - mit einem kleineren Durchmesser als die Hauptführungsrollen; wobei die schwingungsdämpfenden Führungsrollen, während sie den Draht 3 haltern, dazu dienen, mehrere Schneidedrahtabschnitte CL zu bilden, in denen Segmente des Drahts 3 linear gespannt sind. Eine Drahtschwingung wird an den Schneidedrahtabschnitten CL zwischen den Führungsrollen 7a, 7b unterdrückt, und die Laufpositionen der Drahtabschnitte sind im Wesentlichen unveränderlich, wie später noch beschrieben wird.
Darüber hinaus sind Düsen 8a, 8b in einem zueinander entgegengesetzten Verhältnis im Bereich der Schneidedrahtabschnitte CL angeordnet; ein Strahl Bearbeitungsfluid wird aus den Düsen 8a, 8b entlang der Drahtabschnitte CL zum Schneideabschnitt des Werkstücks 5 hin ausgestoßen. Die Drahtabschnitte CL durchlaufen das Innere der Düsen 8a, 8b, sind aber mit den Innenflächen der Düsen nicht in Kontakt. Bei einem Werkstücktisch 9 handelt es sich um eine Bühne, die mit dem darauf angebrachten Werkstück 5 nach oben und unten fährt, und ein am Werkstücktisch 9 eingezeichneter Pfeil gibt deren Aufwärtsrichtung an.
Der Draht 3 ist nur mit einem Teilumfang (ca. eine Vierteldrehung) jeder der Hauptführungsrollen 1a bis 1d in Eingriff und dreht sich um alle vier Hauptführungsrollen 1a bis 1d. Die Führungsrollen 1a bis 1d bilden einen Weg von der Drahtspule 2 zur Drahtaufwickelspule 4 und sind dazu ausgelegt, einen Raum freizuhalten, der das Werkstück 5, nachdem es die Schneidedrahtabschnitte CL durchlaufen hat, daran hindert, in beeinträchtigenden Eingriff mit den anderen Abschnitten des Drahts zu gelangen. Die Führungsrollen 1c, 1d sind Antriebsführungsrollen, und die über diesen angeordneten Führungsrollen 1a, 1b sind angetriebene Führungsrollen. Die Antriebsführungsrollen drehen sich, wobei ihre Achsen durch Motoren angetrieben werden, während die angetriebenen Führungsrollen sich durch den Lauf des Drahts ohne, dass dabei eine Antriebskraft erzeugt wird, drehen. Bei den schwingungsdämpfenden Rollen 7a, 7b handelt es sich um die angetriebenen Führungsrollen, die so angeordnet sind, dass der Draht 3 mit den Führungsrollen in Eingriff gelangt, indem ein Kontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt PS hergestellt wird, und die sich drehen, indem sie mit dem Lauf des Drahts 3 mitgenommen werden. Mit Bezug auf 1 geben Pfeile, die um die Achsen der Hauptführungsrollen 1a bis 1d eingezeichnet sind, die Drehrichtung jeder Hauptführungsrolle, und Pfeile, die entlang des Drahts 3 eingezeichnet sind, die Laufrichtung des Drahts 3 an (6 zeigt, wie später noch beschrieben wird, einen dreidimensionalen Eingriff des Drahts 3 mit den Rollen und den Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b in der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform). Die Führungsrollen 1a bis 1d, bei denen es sich um Rollen handelt, die über eine mit Kern versehene zylindrische Stange verfügen, die z.B. mit Urethankautschuk umwickelt ist, sind derart aufgebaut, dass beide Enden der mit Kern versehenen Stange gelagert und drehbar sind. Urethankautschuk ist, weil er einen hohen Reibungskoeffizienten mit dem Draht hat, geeignet, den Draht daran zu hindern, auf den Führungsrollen zu verrutschen. Auch sind auf Flächen der Führungsrollen 1a bis 1d, mit denen der Draht einen Kontakt herstellt, mehrere Nuten in denselben Abständen wie die Drahteingriffsschrittweite ausgebildet, und der Draht ist in jeder der Nuten in Eingriff gebracht. Dabei ist die Eingriffschrittweite - der gleich beabstandete und parallel angeordnete Abstand zwischen den Schneidedrahtabschnitten CL - unveränderlich. Für die Halbleiterwafer liegt die Schrittweite beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 mm bis 0,8 mm. An den Antriebshauptführungsrollen kann eine Kraft zum Ziehen des Drahts erzielt werden, während an den angetriebenen Hauptführungsrollen eine Drehkraft zum Drehantrieb der Rollen erzielt werden kann.
Diese Führungsrollen und das Werkstück 5 werden in Bearbeitungsfluid eingetaucht, und jeder mit dem Werkstück 5 konfrontierte Schneidedrahtabschnitt CL führt parallel und gleichzeitig den Schneideprozess im Bearbeitungsfluid durch.
Die schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b sind die angetriebenen Führungsrollen mit einem im Vergleich zu den Hauptführungsrollen 1a bis 1d höheren Grad an Genauigkeit bei Form, Drehung und Einbau. Die zwei Dämpfungsführungsrollen werden an Stellen eingesetzt, die sich auf entgegengesetzten Seiten des Werkstücks 5 befinden. Die Führungsrollen 7a, 7b sind so aufgebaut, dass sie gespannt gegen den Paralleldrahtabschnitt PS gedrückt werden und dadurch der Draht 3 mit einem Teil ihrer Umfänge in Eingriff gebracht wird. Im Ergebnis ist der Draht zwischen den Führungsrollen 7a und 7b linear gespannt, und die Laufrichtung des Drahts 3 wird gekrümmt, so dass der Draht 3 während seines Laufs immer in einem Eingriffsverhältnis mit ihnen gehalten ist. Der Draht, mit dem Schwingungen einhergehen, bevor er mit der Führungsrolle 7b in Eingriff ist, steht mit dieser in Formschluss, wodurch die Schwingung des schwingend weiterlaufenden Drahts 3 unterbrochen wird. Gleichermaßen wird die Schwingung, die an dem sich von der Führungsrolle 7a weiterbewegenden Draht anliegt, durch die Führungsrolle 7a unterbrochen. Als Ergebnis schaffen die zwei Führungsrollen 7a, 7b, während sie sich mit dem Drahtlauf durch Reibung mit dem Draht 3 drehen, den Zustand, in dem fast keine Drahtschwingung in dem geraden Bereich zwischen den Führungsrollen besteht. Mit anderen Worten können die Führungsrollen 7a, 7b eine Schwingung unterdrücken, die sich von den Hauptführungsrollen auf die Drahtschneideabschnitte CL überträgt, und den Draht 3 präzise an seine vorgesehene Stelle leiten, so dass die mikroskopische Laufposition des Drahts unveränderlich ist.
Die schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b können die Laufrichtung der Drahtsegmente krümmen, die sich zu den Schneidedrahtabschnitten CL fortsetzen, aber sie haben keine Funktionen, welche die Räume für das Werkstück 5 zum Durchlaufen der Abschnitte CL freihalten. An den Rollenflächen, mit denen der Draht einen Kontakt herstellt, sind Drahtführungsnuten in denselben Abständen wie denjenigen der Schneidedrahtabschnitte CL vorgesehen, und jedes Segment des Drahts ist in einer jeweiligen Nut in Eingriff. Die Doppelspitzenpfeile, die in 1 über den Führungsrollen 7a, 7b gezeigt sind, geben Richtungen an, in denen sich die Rollen 7a, 7b in der Vorrichtung bewegen können.
Die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b sind Baugruppen aus Energieeinspeisungskontakten K, die in denselben Abständen wie die Drahteingriffsschrittweiten angeordnet sind, und die Energieeinspeisungskontakte K sind elektrisch voneinander isoliert. Jeder Energieeinspeisungskontakt K speist Energie in die jeweiligen Schneidedrahtabschnitte CL ein, durch die Bearbeitungsstrom fließt. Für die Energieeinspeisungskontakte K werden diejenigen verwendet, die beispielsweise nutartige Drahtführungen und einen Vollkreis oder einen Teilkreis im Querschnitt haben. Die Energieeinspeisungskontakte K sind drehbeweglich angeordnet, so dass ihre Kontaktierungspositionen mit dem Draht verändert werden können, indem die Einspeisungskontakte regelmäßig gedreht werden.
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Lageverhältnis zwischen dem Draht 3 in den Schneidedrahtabschnitten und dem Werkstück 5 während der Bearbeitung zeigt. In der Figur stellt Bezugszeichen d eine Entladungsspaltlänge, Bezugszeichen DW einen Drahtdurchmesser und Bezugszeichen CW eine Bearbeitungsbreite dar. Die Düsen 8a, 8b sind Bearbeitungsfluidstrahlausstoßvorrichtungen zum Zuführen von Bearbeitungsfluid zum vorstehenden Entladungsspalt, um Bearbeitungsrückstände auszuspülen. Sie sind auf beiden Seiten des Werkstücks 5 entlang der Schneidedrahtabschnitte CL angeordnet.
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Struktur von Drahtführungsnuten für die schwingungsdämpfende Führungsrolle zeigt, und stellt einen teilweise vergrößerten Abschnitt nahe der Oberfläche der Führungsrolle dar. Nuten GR haben V-förmige Querschnitte. Wenn Segmente des Drahts 3 in den jeweiligen Nuten GR in Eingriff sind, ist jedes Segment des Drahts 3 an zwei Stellen an Seitenflächen der V-förmigen Nuten GR gelagert. Im Ergebnis wird die Schwingung unterdrückt, die in der seitlichen Richtung in Bezug auf die Drahtlaufrichtung (in der Längsrichtung der Rolle, der horizontalen Richtung in der Blattebene von 3) auftritt. Der Draht steht mit den schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b so in Eingriff, dass, während der Draht 3 mit den Führungsrollen in Kontakt ist und sich um diese dreht, die Bewegung des Drahts 3 im Hinblick auf diejenige der Führungsrollen relativ unverändert bleibt. Aus diesem Grund werden die Schwingungen der Schneidedrahtabschnitte CL gestoppt.
Außerdem schafft das Einsetzen der Segmente des Drahts 3 in die Nuten GR mit V-förmigem Querschnitt insofern eine vorteilhafte Wirkung, als die Segmente des Drahts 3 festgehalten werden, so dass ein Verrutschen des Drahts an den Führungsrollen 7a, 7b, wovon jede über einen kleinen Abschnitt verfügt, mit dem der Draht 3 in Eingriff ist, unterdrückt wird, wodurch für eine Stabilisierung der angetriebenen Drehung der Führungsrollen 7a, 7b gesorgt wird.
Als Nächstes wird der Betrieb der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Drahtschneideelektroerodierbearbeitung ist dergestalt, dass ein Werkstück zerschnitten wird, indem Lichtbogenentladungen in einem mikroskopischen, mit Bearbeitungsfluid wie etwa deionisiertem Wasser gefüllten Entladungsspalt zwischen einem Draht und dem Werkstück erzeugt werden. Speziell wird die Oberfläche des Werkstücks durch Lichtbogenüberschlag auf hohe Temperatur erwärmt, und das im Entladungsspalt vorhandene Bearbeitungsfluid verdampft explosionsartig, wodurch der Hochtemperaturabschnitt des Werkstücks abgesprengt wird. Die abgesprengten Teile werden zu Bearbeitungsrückständen, die im Bearbeitungsfluid schwimmen und treiben. Die Bearbeitungsspaltlänge d wird auch Zwischenelektrodenabstand genannt, weil die Schneidedrahtabschnitte CL und das Werkstück 5 als Entladungselektroden dienen.
Während der Bearbeitung wird der Draht 3 kontinuierlich von der Drahtspule 2 abgewickelt, bewegt sich durch die Drehung der Hauptführungsrollen 1a bis 1d weiter, und wird weiter in die Drahtaufwickelspule 4 vorgeschoben. Indem die Drehzahl der Drahtspule 2 bzw. der Drahtaufwickelspule 4 eingestellt wird, wird die Spannung jedes parallelen Drahts während seines Laufs geregelt. Wenn sich der Draht 3 in einem stabilen Zustand bewegt, bleibt die Spannung des durchlaufenden Drahts 3 unverändert beibehalten.
Beim Betrieb der Elektroerodierbearbeitungsvorrichtung werden, während sich die Hauptführungsrollen 1c, 1d drehen, um zu bewirken, dass der Draht 3 durchläuft, und nachdem das Werkstück 5 um einen vorbestimmten Zwischenelektrodenabstand von den Schneidedrahtabschnitten CL beabstandet und diesen gegenüberliegend angeordnet wurde, Spannungsimpulse an die Schneidedrahtabschnitte CL angelegt, und der Werkstücktisch 9 wird entsprechend der Schneidegeschwindigkeit angehoben. Wenn der Zwischenelektrodenabstand konstant beibehalten bleibt und dabei die parallelen Schneideabschnitte und das Werkstück relativ bewegt werden, um die kontinuierliche Lichtbogenentladung stattfinden zu lassen, bilden sich Bearbeitungsnuten im Werkstück, die den Wegen entsprechen, welche die Schneidedrahtabschnitte CL durchlaufen haben. Somit handelt es sich bei der Dicke des abzuschneidenden Wafers um eine Länge, die berechnet wird, indem von der Eingriffsschrittweite die Bearbeitungsnutbreite (Bearbeitungsbreite) subtrahiert wird, bei der es sich um einen abgeschnittenen Teil des Werkstücks 5 handelt (2 zeigt an, dass die Bearbeitungsbreite CW ein Wert ist, der berechnet wird, indem der zweifache Zwischenelektrodenabstand d zum Drahtdurchmesser WD hinzuaddiert wird). Um die Bearbeitungsbreite klein auszulegen, hat der Draht 3 vorzugsweise einen kleineren Durchmesser, praktisch eignet sich ein Stahldraht in der Größenordnung von 0,1 mm, und vorzugsweise wird ein Draht verwendet, dessen Durchmesser weiter auf einen Wert wie etwa 0,07 mm verkleinert ist. Um zudem über eine richtige Entladungsstartspannung zu verfügen, kann eine Beschichtung mit etwa Messing auf die Stahldrahtoberfläche aufgebracht sein.
Wenn hier eine gewisse Schwingung auf die Schneidedrahtabschnitte CL übertragen wird, stellen die Abschnitte CL in den Bearbeitungsnuten des Werkstücks 5 mit den Böden der Bearbeitungsnuten Kontakte her, die sich in einem Kurzschluss manifestieren. Alternativ entwickelt sich, weil die Abschnitte CL von der Bearbeitungsfläche ziemlich weit weg sind, ein offener Zustand, der keine Entladung entstehen lässt. Diese Erscheinungen treten wiederholt auf, so dass die Erodierbearbeitung unter Bedingungen eines unsteten Zustands erfolgt. Wenn jedoch der Drahtlauf stabilisiert und außerdem die Genauigkeit der Drahtlage verbessert werden kann, dann kann der Abstand zwischen den Schneidedrahtabschnitten CL verengt werden, wodurch dünnere Wafer von dem in Form eines Blocks vorliegenden Werkstück 5 abgeschnitten werden können.
Bei einer herkömmlichen Drahtschneideelektroerodierbearbeitung beträgt der Entladungsspaltabstand, in dem sich die Schneidedrahtabschnitte dem Werkstück gegenüberliegend befinden (Abstand zwischen den Elektroden) etwa 50 Mikrometer. Wenn der Block aus Halbleiterkristall in Halbleiterwafer zerschnitten wird, haben die meisten Wafer eine Dicke von 0,5 mm oder weniger, und von einem Kostensenkungsgesichtspunkt her ist die Verkleinerung des Schnittabschnitts (Bearbeitungsbreite) eine wichtige Herausforderung. Um den Schnittabschnitt zu verkleinern, ist es wünschenswert, den Zwischenelektrodenabstand auf 20 Mikrometer oder darunter und vorzugsweise auf die Größenordnung von 10 Mikrometer einzustellen und über Drähte mit kleinerem Durchmesser zu verfügen; somit wird ein technisches Verfahren benötigt, das die Amplitude der Drahtschwingung auf die Größenordnung von 1 Mikrometer oder weniger senkt.
Die vorliegende Erfindung soll einen hohen Anforderungsgrad für die vorstehende Drahtschwingungsdämpfung erzielen; wie vorstehend, besteht ein Merkmal der Erfindung darin, als erste technische Elemente die hochgenauen schwingungsdämpfenden Führungsrollen und als zweites technisches Element Düsen aufzunehmen, durch deren Inneres der Draht 3 ohne Kontakt zu deren Innenflächen hindurch läuft. Die hochgenauen schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b unterdrücken wirksam die durch die Hauptführungsrollen verursachte Drahtschwingung, während es sich bei der Düse 8a, 8b um die Arten handelt, die keine sich durch die Bearbeitungsfluidströmung ergebende Ablenkung oder Schwingung hervorrufen, weil ein Strahl Bearbeitungsfluid entlang der Schneidedrahtabschnitte CL ausgestoßen wird. Ferner lassen die hochgenauen schwingungsdämpfenden Führungsrollen den Draht 3, ohne einen Kontakt mit den Innenwänden der Düsen herzustellen, durchlaufen; somit besteht keine Gelegenheit, dass der Durchlauf einen Bruch des Drahts oder eine Veränderung der Lauflage verursacht.
Zudem bewirkt die Wiederholung der Impulsentladung bekanntlich, dass eine Drahtschwingung auftritt; indem jedoch der Entladungsstrom auf einen geringen Wert heruntergedrückt und die Bearbeitung in einem Strombereich durchgeführt wird, in dem die Drahtschwingung im Wesentlichen vernachlässigt werden kann, kann auch die von der Entladung herrührende Drahtschwingung unterdrückt werden.
Ausgehend von Versuchsergebnissen entdeckten die Erfinder, dass, wenn die schwingungsdämpfenden Rollen, die Düsen, aus denen ein Strahl des Bearbeitungsfluids entlang der Schneidedrahtabschnitte CL ausgestoßen wird, und die vorstehenden Bearbeitungsbedingungen miteinander kombiniert werden, die Amplitude der Drahtschwingung im Entladungsspalt auf 1 Mikrometer oder weniger heruntergedrückt wird.
In der Ausführungsform 1 sind die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b im Hinblick auf das Werkstück 5 zu den Außenseiten der Führungsrollen 7a, 7b hin angeordnet, so dass jeder Energieeinspeisungskontakt K die Spannung an die jeweiligen Schneidedrahtabschnitte CL anlegen kann. Der Draht 3 ist entlang der Energieeinspeisungsflächen der Energieeinspeisungskontakte K mit den Rollen in Eingriff und stellt beim Durchlaufen einen Kontakt mit den Energieeinspeisungskontakten K her, um Gleitkontakte zu bilden und dadurch Energie in die Schneidedrahtabschnitte CL einzuspeisen. Wenn sich die Abschnitte CL während der Bearbeitung von den Einspeisungskontakten K lösen, treten Lichtbogenentladungen zwischen den beiden auf, wodurch ein großer Schaden an den Einspeisungskontakten K angerichtet wird; deshalb müssen die Kontakte sicher hergestellt werden.
Um die Andruckbeträge durch die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b einzustellen, ist ein (nicht gezeigter) Mechanismus vorgesehen, der die Einspeisungseinheiten 6a, 6b im Hinblick auf den Draht senkrecht bewegt. Die Länge eines Abschnitts, in dem der Draht 3 mit dem Energieeinspeisungskontakt K in Kontakt ist, stellt eine Gleitstrecke dar. Die Gleitstrecke ist durch die Andruckbeträge steuerbar, die durch die Einspeisungseinheit 6a, 6b an den Paralleldrahtabschnitt PD angelegt werden. Anders ausgedrückt, je kleiner die Andruckbeträge sind, umso kürzer ist die Gleitstrecke, während die Gleitstrecke umso länger ist, je größer die Andruckbeträge sind. Die Andruckbeträge lassen sich durch die Bewegungsstrecke des niedergedrückten Drahts 3 oder durch die Andruckkraft definieren. Eine Einstellung der Gleitstrecke ermöglicht es, den Kontaktwiderstand zu regulieren und den Wert des Entladungsstroms pro Spannungsimpuls fein einzustellen. Somit kann, selbst wenn Verschleißteile wie etwa der Draht 3 und die Einspeisungseinheiten 6a, 6b ausgetauscht werden, die vor dem Austausch herrschende Bearbeitungsbedingung mühelos wiederhergestellt werden, und eine Reproduzierbarkeit der Bedingung ist für jede Bearbeitungscharge sichergestellt.
Bei einer Drahtschneideelektroerodierbearbeitung gibt es eine Erscheinung dahingehend, dass sich Bearbeitungsrückstände eines Werkstücks, einhergehend mit einer Ausleitung im Fluid, an der Oberfläche eines Drahts anhaften. Aus diesem Grund wird in einem Verfahren, bei dem der Draht in vielen Wicklungen zwischen Führungsrollen in Eingriff ist, der Draht 3 wiederholt zur Elektroerodierbearbeitung verwendet, und dadurch wächst die Rückstandsschicht in der Dicke an, die sich am Draht 3 angehaftet hat, wie auch einige Teile nach und nach von der Oberfläche des Drahts 3 abgeschabt werden. Im Ergebnis wird die Oberfläche des Drahts 3 ausgehend von einer glatten Metalloberfläche in der Anfangsphase wie etwa aus Messing oder Molybdän zu einer Oberfläche mit mikroskopischen Unebenheiten. Der Draht mit den daran anhaftenden Bearbeitungsrückständen hat eine Eigenschaft wie eine Drahtsäge; wenn also ein solcher Draht mit einem feststehenden Teil wie etwa einer Düsenführung in Eingriff gebracht wird und auf der Oberfläche des Teils gleitet, entsteht ein Abrieb am Teil, wodurch eine Rille gebildet wird, in die der Draht eingepasst ist. Die Entstehung der Rille senkt die Spannung des Drahts 3, wodurch die Schwingung erhöht wird; somit besteht eine Einschränkung, über Schwingungsdämpfungsfähigkeit zu verfügen, indem beispielsweise die Energieeinspeisungskontakte K gegen den Draht 3 gedrückt werden.
Da sich die schwingungsdämpfenden Rollen mit dem Draht drehen, ist hingegen der Abrieb, selbst wenn der sägenförmige Draht an die vorgesehene Stelle geleitet wird, von der Menge her sehr gering, so dass die Schwingungsdämpfungsfähigkeit auch dann nicht herabgesetzt wird, wenn die Elektroerodierbearbeitung über eine lange Zeit erfolgt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild der Düse zeigt; 5 ist eine Querschnittsansicht des mittleren Abschnitts der Düse, die deren inneren Abschnitt zeigt. Ein eine Ausspritzmündung bildendes Plattenteil 92 und ein eine Austrittsmündung bildendes Plattenteil 94 sind in einen über eine Durchgangsöffnung verfügenden Körper 91 eingepasst, wobei das Plattenteil 92 mit einer Ausspritzmündung 93 ausgebildet ist, die gegenüber dem Werkstück 5 angeordnet ist. Darüber hinaus verläuft der Paralleldrahtabschnitt PS, der sich zu den mehreren Schneidedrahtabschnitten CL fortsetzt, durch die Ausspritzmündung 93. Das eine Austrittsmündung bildende Plattenteil 94 hat eine Austrittsmündung 95, damit die Schneidedrahtabschnitte CL den Körper 91 ohne Kontakt mit der Körperinnenfläche durchlaufen. Das Bearbeitungsfluid wird mit einer feststehenden Fließgeschwindigkeit aus einer Zuleitung 96 zugeführt, und sein Strahl wird aus der Ausspritzmündung 93 und der Austrittsmündung 95 ausgestoßen. Folglich wird der Strahl des Bearbeitungsfluids entlang der Schneidedrahtabschnitte CL aus der Ausspritzmündung 93 ausgestoßen und fließt teilweise aus der Austrittsmündung 95 heraus. Weil die Schneidedrahtabschnitte CL und die Strömung des Bearbeitungsfluids parallel verlaufen, werden die Drahtabschnitte CL durch die Fluidströmung weder verwunden noch dadurch in Schwingung versetzt, dass die Strömung ihre Geschwindigkeit verändert.
Der lagemäßige Abstand zwischen jeweils den Düsen 8a, 8b und dem Werkstück beträgt wenige Dutzend bis wenige hundert Mikrometer zur Seitenfläche des Werkstücks 5. Das Bearbeitungsfluid wird der Zuleitung 96 kontinuierlich aus einer nicht gezeigten externen Bearbeitungsfluidzufuhrvorrichtung zugeführt.
In 5 zeigen die Pfeile in unterbrochenen Linien schematisch die Strömung des Bearbeitungsfluids, wobei die Größen der Pfeile die Fließgeschwindigkeit darstellen. Da die Öffnung der Ausspritzmündung 93 im Vergleich zu derjenigen der Austrittsmündung 95 größer ist, fließt ein großer Teil des Bearbeitungsfluids aus der Ausspritzöffnung 93. Weil sie nicht zum Ausleiten des Bearbeitungsfluids vorgesehen ist, handelt es sich bei der Austrittsmündung 95 um eine minimal schmale Öffnung. Da sich die Ausspritzmündung 93 jedoch näher am Werkstück 5 befindet, wird die Bearbeitungsfluidströmung durch das Werkstück 5 zurückgeleitet, so dass die Fließgeschwindigkeit des Fluids, das aus der Austrittsmündung 95 herausfließt, im Vergleich zur Geschwindigkeit aus der Ausspritzmündung 93 größer wird. Wenn das Werkstück 5 von großer Dicke ist, muss der Bearbeitungsfluidzuleitungsdruck erhöht werden, um die im Entladungsspalt vorhandenen Bearbeitungsrückstände auszuleiten, und somit wird die Fließgeschwindigkeit aus der Austrittsöffnung 95 hoch.
Bei der Drahtschneideelektroerodierbearbeitung läuft der Draht mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von z.B. 40 m/Min. bis 200 m/Min. Aufgrund dessen wird, wenn der Draht 3 einen Kontakt mit der Innenwandfläche der Düse herstellt, ein gewisser Teil der Oberfläche der Innenwand abgeschabt, so dass sich der Draht an der Fläche verfängt, was einen Drahtbruch verursacht. Aus diesem Grund muss während des Drahtlaufs immer ein Abstand zwischen dem Umfang des Drahts und der Düseninnenwandfläche, insbesondere der Austrittsmündung 95 aufrechterhalten werden. Mit anderen Worten besitzt die Düse in ihrem Inneren keine düsenförmige Führung, so dass der Draht 3 die Düseninnenseite ohne Kontakt mit deren Innenfläche durchläuft. Aus diesem Grund sind die Positionen der schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b zum Bestimmen der Vorschubposition der Schneidedrahtabschnitte CL sorgfältig eingestellt, so dass die Abschnitte CL keinen Kontakt mit der Düseninnenwandfläche herstellen können.
Die Ausspritzmündungen 93 der Düsen 8a, 8b sind entlang der Schneidedrahtabschnitte CL angeordnet, wodurch Bearbeitungsfluidströmungen in der Richtung gebildet werden, in der die Fluidströmungen zu den Entladungsspalten hin kollidieren. Indem das Bearbeitungsfluid von beiden Seiten der Bearbeitungsnuten des Werkstücks 5 her zugeführt wird, können Bearbeitungsrückstände aus den Entladungsspalten selbst in einer langen Bearbeitungsnut entfernt werden, um den Spalten wieder zusätzliches Bearbeitungsfluid zuzuführen.
Hier haben Halbleiterblöcke einen Durchmesser von 2 Zoll (ca. 50 mm) oder mehr, und in den meisten Fällen 4 Zoll (ca. 100 mm) oder mehr. Deswegen wird, wenn Halbleiterwafer durch Zerschneiden durch Drahtschneideelektroerodierbearbeitung hergestellt werden, vorzugsweise ein ganzes Werkstück in Bearbeitungsfluid eingetaucht, so dass ein Bearbeitungsspalt definitiv mit dem Fluid gefüllt ist. Also werden auch die Düsen zusammen mit dem Werkstück in das Fluid eingetaucht. Indem Komponenten wie das Werkstück 5, die Düsen und die benachbarten Führungsrollen in das Bearbeitungsfluid eingetaucht werden, werden die gesamten Bearbeitungsnuten in das Fluid eingetaucht. Somit strömen die Bearbeitungsrückstände in den Nuten nach oben, wodurch die Bearbeitungsrückstände effektiv aus dem Entladungsspalt entnommen werden können.
Als Nächstes wird das Verhältnis zwischen den schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b gegenüber dem Draht 3, der mit den Hauptführungsrollen 1a bis 1d in Eingriff ist, und den Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b und den Düsen 8a, 8b beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht der Hauptführungsrollen 1a bis 1d der Drahtscheideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform 1 und stellt das Lageverhältnis zwischen den parallel durchlaufenden Schneidedrahtabschnitten CL dar.
Die Düsen 8a, 8b sind nahe dem Werkstück 5 an symmetrischen Stellen angeordnet, sie sich auf entgegengesetzten Seiten des Werkstücks 5 befinden, wobei die schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b zwischen den Düsen 8a, 8b bzw. den Antriebsführungsrollen 1d, 1c angeordnet sind. Anders ausgedrückt ist die Führungsrolle 7a zwischen der Führungsrolle 1d und der Düse 8a und die Führungsrolle 7b zwischen der Führungsrolle 1c und der Düse 8b angeordnet. Darüber hinaus sind die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b jeweils im Hinblick auf den Paralleldrahtabschnitt PS des Drahtes 3 gegenüber den Führungsrollen 7a, 7b zwischen den Führungsrollen 1d, 1c angeordnet.
Mit dieser Anordnung der Rollen können die zwei Führungsrollen 7a, 7b eine Schwingung des Drahts 3 dämpfen und Positionen der Drahtabschnitte CL im Hinblick auf die Düsen 8a, 8b unveränderlich halten. Wenn unter der Annahme, dass die Anordnung ohne irgendwelche Führungsrollen verwendet wird, die durch die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b angelegten Andruckbeträge zu einer Veränderung veranlasst werden, um den Kontaktwiderstand der Energieeinspeisungskontakte K zu steuern, verändert sich die Position der Drahtabschnitte im Hinblick auf die Austrittsmündung 95. Dementsprechend entsteht die Notwendigkeit, die Düsen in den Richtungen der Energieeinspeisungseinheiten zu bewegen, damit sie mit der Position der Einspeisungseinheiten übereinstimmen, so dass der Mechanismus kompliziert wird. Im Spezielleren ermöglicht es die Verwendung der Führungsrollen 7a, 7b, dass der Draht der Drahtabschnitte CL im Hinblick auf die Ausspritzmündung 93 und die Austrittsmündung 95 ungeachtet der durch die Einspeisungseinheiten angelegten Andruckbeträge horizontal vorgerückt werden kann. Selbst wenn der Draht gewisse Teile von den Einspeisungskontakten K abschabt und sich dadurch die Gleitpositionen an den Kontakten verändern, können die Positionen der Drahtabschnitte CL im Hinblick auf die Düsen darüber hinaus in einem stabilen Zustand aufrechterhalten werden.
Die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b sind zwischen den Hauptführungsrollen 1d, 1c bzw. den schwingungsdämpfenden Rollen 7a, 7b auf der den Führungsrollen im Hinblick auf die Drahtsegmente entgegengesetzten Seite angedrückt, die sich zum Schneidedrahtabschnitt CL fortsetzt. Aus diesen Grund 3 wird der Draht zu dachartigen Formen gebogen, deren Spitzen sich an den Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b befinden, wodurch der Kontaktzustand der Einspeisungskontakte K mit dem Draht stabilisiert wird. Wenn dieser Zustand darüber hinaus aufrechterhalten wird, werden die jeweiligen Drahteingriffslängen der Führungsrollen 7a, 7b und der Führungsrollen 1c, 1d vergrößert, und eine Erhöhung des Reibungswiderstands macht es dem mit den Führungsrollen in Eingriff stehenden Draht schwer, zu verrutschen. Im Ergebnis besteht eine vorteilhafte Wirkung darin, dass der Lauf des mittels der Drehantriebskraft vorgerückten Drahts stabilisiert ist und der mit den Rollen in Eingriff stehende Draht schwerlich von den Eingriffspositionen abkommen kann, wodurch die Fähigkeit, in den mit hoher Geschwindigkeit durchlaufenden Draht Energie einzuspeisen, und die Stabilität des Drahts deutlich verbessert werden. Selbst wenn die Elektroerodierbearbeitungsvorrichtung einen langen Dauerbetrieb durchführt, ermöglicht es diese Wirkung, Blöcke großen Durchmessers zu zerschneiden, ohne vom Drahtlauf herrührende Probleme zu verursachen.
Darüber hinaus sind die Führungsrollen 7a, 7b zwischen den Düsen 8a, 8b bzw. den Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b in der Spannrichtung der Schneidedrahtabschnitte CL angeordnet. Ein Vorteil bei dieser Anordnung besteht darin, dass ein Strahl des Bearbeitungsfluids, der aus der Austrittsmündung 95 der Düse zu den Energieeinspeisungseinheiten ausgestoßen wird, nicht mit den Einspeisungseinheiten kollidiert. Und zwar deswegen, weil, wie vorstehend, die Einspeisungseinheiten 6a, 6b in 6 nach oben gedrückt werden, Aussichten auf die Gleitabschnitte, von der Austrittsöffnung 95 der Düse aus gesehen, durch die Führungsrollen 7a, 7b versperrt sind. Weil ein Strahl des Bearbeitungsfluids, der mit hoher Geschwindigkeit aus der Austrittsmündung 95 ausgestoßen wird, die Einspeisungseinheiten nicht erreicht, tritt keine Veränderung des Drahtkontaktwiderstands - was ein beim Kollidieren von Bearbeitunsgfluidströmen auftretendes Problem darstellt - in den Gleitabschnitten auf, so dass die Entladungsbearbeitung unter Beharrungszustandsgenauigkeit bewerkstelligt wird.
In der Ausführungsform 1 werden von den Segmenten des Drahts 3, welche die Düse 8a durchlaufen haben, Drahtsegmente der Schneidedrahtabschnitte, die keine Energie von der Energieeinspeisungseinheit 6b erhalten haben, dadurch mit Energie versorgt, dass sie einen Kontakt mit der Energieeinspeisungseinheit 6a herstellen, die zwischen der schwingungsdämpfenden Führungsrolle 7a und der Antriebsführungsrolle 1d angeordnet ist. Im Spezielleren speisen die Einspeisungseinheiten 6a, 6b jeweils Energie über jeden zweiten Draht in die Schneidedrahtabschnitte CL ein. Die Schneidedrahtabschnitte CL, welche die Einspeisungseinheit 6a durchlaufen haben, gelangen mit der Antriebsführungsrolle 1d und danach mit den Hauptführungsrollen 1a, 1b und dann mit der Antriebsführungsrolle 1c in Eingriff.
6 zeigt einen im Gange befindlichen Schneidezustand des Werkstücks 5, wobei das Werkstück 5 bis zu dessen Mitte zerschnitten wird. Jeder Energieeinspeisungskontakt K der Einspeisungseinheiten 6a, 6b ist an eine Bearbeitungsenergieversorgungseinheit 10 angeschlossen, die wiederum an eine (nicht gezeigte) Steuereinheit der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungseinheit angeschlossen ist. Die Nuten jeder Führungsrolle, mit denen der Draht 3 in Eingriff ist, sind vereinfacht in durchgezogenen Linien gezeigt.
Weil die Hauptführungsrollen 1a bis 1d angeordnet sind, um den Draht 3 durchlaufen zu lassen, ist die Verwendung eines Mechanismussystems, bei dem sich die Positionen der Achsen der Rollen bewegen können, vom Standpunkt, die Genauigkeit der Rollendrehung aufrechtzuerhalten, nicht vorteilhaft. Deshalb sind die Rollen in Abständen fest angeordnet, die einer geschätzten Höchstbreite des Werkstücks 5 entsprechen.
Das Werkstück 5 hat jedoch nicht ungedingt eine feste Breite. In diesem Fall können vorzugsweise verschieden große Blöcke mit einer einzelnen Vorrichtung zerschnitten werden. Hingegen müssen, um die Drahtschwingung zu dämpfen, die Düse und die schwingungsdämpfenden Führungsrollen nahe am Werkstück 5 angeordnet werden. Aus diesem Grund sind die Düsen 8a, 8b und die Führungsrollen 7a, 7b jeweils mit einem (nicht gezeigten) Bewegungsmechanismus ausgestattet, um eine Translationsbewegung in der Laufrichtung des Drahts 3 und in den Laufrichtungen (einschließlich der Rückwärtsrichtung) machen zu können. Die Anordnungspositionen der Düsen 8a, 8b und der Führungsrollen 7a, 7b können deshalb je nach der Blockgröße des Werkstücks 5 eingestellt werden.
Hier können die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b auch einen ähnlichen Bewegungsmechanismus umfassen. Da sich in diesem Fall der Abstand bis zum Werkstück 5 verändert und bewirkt, dass sich die Impedanz der Schneidedrahtabschnitte CL verändert, müssen nötigenfalls Einstellungen bei Parametern vorgenommen werden.
Was den Durchmesser jeder Rolle betrifft, so brauchen die Hauptführungsrollen 1a bis 1d einen großen Durchmesser, der ausreicht, die Drahtkontaktlänge sicherzustellen, um ein Verrutschen beim hochschnellen Drehen zu verhindern. Im Gegensatz dazu erzeugen die schwingungsdämpfenden Rollen 7a, 7b keine Antriebskraft und haben auch nichts mit dem Drahtvorlauf und der Drahtaufwicklung zu tun; deshalb stellt es, selbst wenn der Draht auf den Rollen, mit denen er in Eingriff ist, verrutscht, kein Problem dar. Entsprechend ist es annehmbar, dass die Führungsrollen 7a, 7b kleinere Durchmesser haben als die Führungsrollen 1a bis 1d.
Eine Durchmesserverkleinerung der Führungsrollen 7a, 7b kann die Genauigkeit der Rollenform erhöhen, wodurch die sich von den Führungsrollen 7a, 7b ergebende Schwingung per se gesenkt wird. Da darüber hinaus der Abstand zwischen jeder Einspeisungseinheit 6a, 6b und dem Werkstück 5 verkürzt werden kann, kann die Größe der Vorrichtung und ein Spannungsabfall in den Schneidedrahtabschnitten CL reduziert werden, wie auch eine Niederfrequenzdrahtschwingung verhindert werden kann.
Jeder Schneidedrahtabschnitt CL besitzt eine Impedanz inklusive eines elektrischen Widerstands des Drahts 3 zwischen benachbarten Schneidedrahtabschnitten CL; somit ist es, um die Drahtabschnitte CL voneinander zu isolieren, nicht vorzuziehen, dass sich die anderen leitfähigen Durchgänge bilden. Dementsprechend müssen die Kontaktabschnitte der Hauptführungsrollen und der schwingungsdämpfenden Rollen mit dem Draht aus einem isolierenden Material bestehen.
Da die schwingungsdämpfenden Führungsrollen keine Antriebskraft zum Vortrieb des Drahts zu erzeugen brauchen, kann ein Material mit einem geringen Reibungswiderstand zwischen deren Flächen und dem Draht verwendet werden. Somit kann in hohem Maße harte isolierende Keramik als Material für die Führungsrollen 7a, 7b verwendet werden. Die Verwendung von Keramikführungsrollen reduziert eine Nutverformung deutlich, die davon herrührt, dass sich der Draht in Kautschukrollen frisst, was bei der Verwendung derartiger Rollen leicht passiert. Beständige Formen der Nuten verhindern eine Entstehung der Drahtschwingung, die mit der Nutverformung verbunden ist, und es wird eine vorteilhafte Wirkung geschaffen, welche die Positionen der Schneidedrahtabschnitte CL im Hinblick auf die Düsen stabilisiert.
Ein zu verwendendes Keramikmaterial umfasst beispielsweise Aluminiumoxid, Siliciumnitrid, Bornitrid, Aluminiumnitrid oder alternativ aus den vorstehenden kombinierte Keramik oder maschinell bearbeitbare Keramik.
Weil die Bearbeitungsgeschwindigkeit vom Härtegrad des Werkstücks unabhängig ist, ist die Drahtschneideelektroerodierbearbeitung an einem Material mit einem hohen Härtegrad besonders wirksam. Ein Ziel- oder Targetmaterial für das Werkstück 5 umfasst beispielsweise Metall wie etwa Wolfram oder Molybdän, das als Zerstäubungs- oder Sputter-Target dient; Keramik wie etwa polykristallines Siliciumcarbid (Siliciumcarbid), das für verschiedene Strukturteile verwendet wird; ein Halbleiterrohmaterial wie etwa monokristallines Silicium oder monokristallines Siliciumcarbid, das zu Wafersubstraten zur Herstellung von Halbleiterbauteilen zu verarbeiten ist; und monokristallines oder polykristallines Silicium, das zu Solarzellenwafern zu verarbeiten ist. Ein Problem insbesondere mit dem Siliciumcarbid besteht darin, dass ein mechanisches Drahtsägenverfahren geringe Produktivität und eine geringe Bearbeitungsgenauigkeit aufweist. Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Herstellung von Siliciumcarbidwafern bewerkstelligen, während die hohe Produktivität mit der hohen Bearbeitungsgenauigkeit in Einklang steht.
Ein Abwandlungsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform umfasst, im Hinblick auf das Lageverhältnis in 2, die Energieeinspeisungseinheiten von oben nach unten gegen die Schneidedrahtabschnitte CL zu drücken. Selbst wenn dies erfolgt, kann Energie jedem Segment des Drahts unabhängig zugeführt werden. Um jedoch eine Drahtlaufstabilität zu erreichen, indem sichere Kontaktstrecken der schwingungsdämpfenden Rollen und der Hauptführungsrollen mit dem Draht aufrechterhalten werden, wird vorzugsweise zusätzlich eine weitere Hilfsführungsrolle zwischen den Energieeinspeisungseinheiten und den Antriebsführungsrollen eingesetzt, wie auch die Hauptführungsrollen 7a, 7b von unterhalb der Drahts 3 nach oben gedrückt werden.
Hier werden in der Ausführungsform 1 zwei Gruppen der Antriebshauptführungsrollen verwendet, und eine Gruppe kann zu einer angetriebenen abgewandelt werden. Da jedoch die Höchstzugspannung des Drahts je nach seiner Querschnittsfläche bestimmt ist, wird vorzugsweise die anzulegende Zuspannung unter Verwendung mehrerer Antriebsführungsrollen herabgesetzt, wenn ein dünner Draht zur Verkleinerung der Bearbeitungsbreite verwendet wird. Das Vermeiden einer übermäßigen Drahtzugspannung ermöglicht eine Erhöhung der Windungsanzahl des Drahteingriffs und eine Durchmesserverkleinerung des Drahts, wodurch die Produktivität gesteigert wird.
Obwohl darüber hinaus Ausführungsform 1 ein Beispiel zeigt, in dem ein Stück Draht 3 mit 4 Gruppen der Hauptführungsrollen in Eingriff ist, können beispielsweise auch 3 Gruppen der Hauptführungsrollen angeordnet vorgesehen sein. Wenn in anderen, nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkten Auslegungen, ein Stück Draht 3 wiederholt um die Rollen in Eingriff gebracht ist, um den Paralleldrahtabschnitt PS zu bilden, ist die spezifische Auslegung nicht im Besonderen drauf beschränkt.
Wie im Vorstehenden, umfasst die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Stück Draht, das mehrmals zwischen den Hauptführungsrollen in feststehenden Abständen voneinander getrennt in Eingriff gebracht ist, das sich mit der Drehung der Hauptführungsrollen weiterbewegt; den Paralleldrahtabschnitt PS, der zwischen den Hauptführungsrollen 1c, 1d angeordnet ist; ein Paar der schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b, die so angeordnet sind, dass sie einen angetriebenen Kontakt mit diesem Paralleldrahtabschnitt herstellen; und die Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b, die in jedes Segment des Drahts 3 des Paralleldrahtabschnitts PS Energie einspeisen, und da der zwischen den schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b gespannte Draht zu den dem Werkstück 5 gegenüberliegenden Schneidedrahtabschnitten CL ausgebildet ist, wird eine Drahtschwingung in den Schneidedrahtabschnitten CL unterdrückt, wodurch ermöglicht wird, dass die Drahtschneideelektroerodierbearbeitung mit hoher Genauigkeit erfolgen kann.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein zwischen den schwingungsdämpfenden Führungsrollen 7a, 7b angeordnetes Paar Düsen 8a, 8b, und die Düsen 8a, 8b stoßen einen Strahl des Bearbeitungsfluids entlang des Drahts 3 zum Werkstück 5 hin aus, und der Draht läuft durch die Ausspritzmündung der Düsen 8a, 8b ohne Kontakt mit den Düsen 8a, 8b hindurch, so dass weder eine Drahtschwingung aufgrund der Bearbeitungsfluidströmungen noch Drahtbruch auftritt. Zusätzlich besteht eine vorteilhafte Wirkung darin, dass, da die Bearbeitungsrückstände wirksam aus dem Entladungsspalt entfernt werden können, die Entladung in einem Beharrungszustandsbetrieb erfolgt, wodurch die Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit zur Elektroerodierbearbeitung verbessert wird.
Darüber hinaus sind die Durchmesser der Führungsrollen 7a, 7b kleiner ausgelegt als diejenigen der Hauptführungsrollen, so dass Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtungen in kompakter Größe bereitgestellt werden können, bei denen es unwahrscheinlich ist, dass eine Drahtschwingung entsteht.
Da noch weiter darüber hinaus die Führungsrollen 7a, 7b und die Düsen 8a, 8b in der Laufrichtung der Schneidedrahtabschnitte CL beweglich ausgelegt sind, kann das Werkstück 5 mit hoher Genauigkeit in verschiedenen Schnittgrößen innerhalb des Einschränkungsbereichs bearbeitet werden, der mittels etwa der Hauptführungsrollen 1c, 1d festgelegt wird.
Da noch mehr weiter darüber hinaus Nuten mit V-förmigen Querschnitten - in denen jedes Segment des Drahts 3 entsprechend den jeweiligen Schneidedrahtabschnitten CL in Eingriff ist - in den Flächen der Führungsrollen 7a, 7b ausgebildet sind, kann die seitliche Drahtschwingung unterdrückt werden, wodurch die Elektroerodierbearbeitung mit hoher Genauigkeit erzielt wird, die stetige Bearbeitungsnutbreiten bereitstellt.
Noch weiter darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung in hohem Maße harter Keramik als Material der Führungsrollen 7a, 7b, den stabilisierten Drahtlauf über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, wodurch sich die nachhaltige Wirkung ergibt, die Drahtschwingung zu reduzieren.
Da darüber hinaus im Wesentlichen nur die Rollenkörper in den Führungsrollen 7a, 7b auszutauschen sind, und selbst wenn die an den Rollen ausgearbeiteten Nuten aufgrund des Langzeitgebrauchs einen Abrieb erfahren, was bewirkt, dass die V-förmigen Querschnitte - in denen die Schneidedrahtabschnitte CL einzeln in Eingriff gebracht werden - sich jeweils nach und nach verformen, ermöglicht es der Austausch der Rollenkörper, dass die Elektroerodierbearbeitung unter hoher Beharrungszustandsgenauigkeit erfolgen kann. Weiter darüber hinaus können die Kontaktabschnitte der Führungsrollen 7a, 7b wieder verwendet werden, wobei die verschlissenen Nuten an den Rollenflächen ausgefräst und geschliffen und die Nut wiederhergestellt, neue Nuten nachbearbeitet werden. Die Nachbearbeitung der Nut reduziert die Durchmesser der Führungsrollen 7a, 7b auf kleinere Durchmesser; da jedoch die Tiefen der Nuten ungefähr den zweifachen Durchmesser des zu verwendenden Drahts betragen, wird der Durchmesser bei einer einmaligen Nachbearbeitung der Nut um höchstens 500 Mikrometer verkleinert. Deshalb können die Führungsrollen 7a, 7b, wenn sie einen Durchmesser von 20 mm oder mehr haben, eine ähnliche schwingungsdämpfende Wirkung erzielen, indem der Andruckbetrag durch die Rollen gegen den Draht eingestellt wird.
Noch weiter darüber hinaus besteht eine vorteilhafte Wirkung darin, dass, da die Führungsrollen 7a, 7b im Hinblick auf den Paralleldrahtabschnitt PS den Energieeinspeisungskontakten K entgegengesetzt angeordnet ausgelegt sind, die Drahtlaufposition stabilisiert ist, wodurch die Bearbeitung unter Beharrungszustandsgenauigkeit erfolgt. Da, immer noch weiter darüber hinaus, das Bearbeitungsfluid nicht mit den Einspeisungskontakten K kollidiert, tritt keine Drahtschwingung aufgrund der Bearbeitungsfluidströmungen an den Gleitabschnitten auf, und dadurch wird keine Energieeinspeisung in den Draht 3 blockiert.
Eine vorteilhafte Wirkung besteht darin, dass der vorstehende Aufbau Schwingungen an den Drahtschneideabschnitten CL unterdrückt, um den gleichmäßigen Entladungsspalt aufrechtzuerhalten, und bewirkt, dass die Elektroerodierbearbeitung selbst bei Langzeitbearbeitung unter Beharrungszustandsgenauigkeit erfolgt, wodurch es ermöglicht wird, dass eine Vielzahl von Wafern mit einer geringen Dickenschwankung gleichzeitig hergestellt werden können.
Außerdem kann durch die Verwendung der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung, welche die vorstehende vorteilhafte Wirkung erbringt, das Werkstück 5, das ein hartes Material wie etwa Siliciumcarbid enthält, mit hoher Produktivität in Scheiben zerschnitten werden.
Ausführungsform 2
Nachstehend werden der Aufbau und Betrieb der Ausführungsform 2 beschrieben. 7 ist ein Aufbauschema der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 aus den Drehachsenrichtungen der Führungsrollen gesehen. Die Elektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat im Aufbau und Betrieb viele Ähnlichkeiten mit der vorstehenden Ausführungsform 1. Deshalb wird der sich von Ausführungsform 1 unterscheidende Aufbau und Betrieb unter Weglassung von deren entsprechenden Beschreibungen beschrieben.
Die mehreren an den Außenumfangsflächen der schwingungsdämpfende Führungsrollen ausgearbeiteten Nuten sind alle konstant in der Tiefe; wenn sich jedoch die Bearbeitungsrückstände und andere Fremdstoffe in den Nuten festsetzen, besteht eine Möglichkeit von Tiefenveränderungen beim Eingriff des Drahts mit den Rollen. Wenn sich die Eingriffstiefe verändert, schwingen die Schneidedrahtabschnitte CL bei Drehungen der Rollen nach oben und unten. Im Spezielleren verändern sich, da sich die Auflagepositionen des Drahts 3 in den vorstehenden Nuten in Abhängigkeit von den Positionen der Nuten verändern, auch die oberen und unteren Positionen des Drahts 3 bei Drehungen der Dämpfungsführungsrollen 7a, 7b.
Obwohl die schwingungsdämpfenden Führungsrollen kleinere Durchmesser haben können als die Hauptführungsrollen, können mechanische Fehler nicht hundertprozentig ausgeschlossen werden, so dass eine Möglichkeit einer unrunden Drehung besteht, die sich beispielsweise aus einer Exzentrizität der Rollenachse ergibt. Das Problem entsteht insofern, als, wenn diese Faktoren den Zwischenelektrodenabstand - der als mikroskopischer Abstand hergestellt ist - dazu bringen, sich zu verändern, die Entladungsbearbeitung unter Bedingungen eines unstetigen Zustands erfolgt, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit herabgesetzt wird.
Um das Problem zu überwinden, sind in der vorliegenden Ausführungsform Gleitdrahtandruckvorrichtungen zwischen den schwingungsdämpfenden Führungsrollen und den Düsen vorgesehen. Die Gleitdrahtandruckvorrichtungen, die beispielsweise aus zylindrischen, isolierenden Keramikteilen hergestellt sind, sind parallel zur Richtung der Drehachsen der schwingungsdämpfenden Führungsrollen angeordnet. Zusätzlich sind vorzugsweise Nuten, um den Draht an die vorgesehene Stelle zu leiten, an den Flächen der Gleitdrahtandruckvorrichtungen ausgearbeitet.
Mit Bezug auf 7 stellt der von der Antriebshauptführungsrolle 1c vorgerückte Draht 3 einen Kontakt mit der Energieeinspeisungseinheit 6b her und durchläuft dann die schwingungsdämpfende Führungsrolle 7b, während er einen Kontakt mit dem unteren Teil der Rolle herstellt, um sie zu drehen. Unmittelbar, nachdem er aus den Drahtführungsnuten der Führungsrolle 7b vorgerückt ist, durchläuft der Draht 3 eine Gleitdrahtandruckvorrichtung 11b und stellt dabei einen teilweisen Kontakt mit der Oberseite der Drahtandruckvorrichtung 11b oder mit den Innenseiten der an der Oberfläche der Drahtandruckvorrichtung 11b ausgearbeiteten Nuten her. Danach durchläuft er die Düse 8b und das Werkstück 5, und läuft dann innerhalb der Düse 8a in symmetrischer Anordnung mit der Düse 8b in Bezug auf das Werkstück 5 durch. Ferner stellen die Schneidedrahtabschnitte CL nach Durchlaufen der Düse 8a einen teilweisen Kontakt mit der Oberseite der Gleitdrahtandruckvorrichtung 11b oder mit den Innenseiten von auf der Oberfläche der Drahtandruckvorrichtung 11a ausgearbeiteten Nuten her, um die Andruckvorrichtung zu durchlaufen. Als Nächstes gelangen die Drahtabschnitte CL mit der Führungsrolle 7a in Eingriff, um an ihrem unteren Teil durchzulaufen, und gelangen dann mit der Führungsrolle 1d in Eingriff.
Um den Abrieb der Gleitdrahtandruckvorrichtung zu minimieren, der durch ihren Kontakt mit dem Draht verursacht wird, an den sich Werkstückrückstände angehaftet haben, muss der Andruckbetrag gegen den Draht 3 auf einen sehr kleinen Abstand beschränkt werden. Die Rollen werden je nach der an den schwingungsdämpfenden Rollen zu schätzenden vertikalen Drahtschwingungsamplitude um die Größenordnung von beispielsweise 10 bis 30 Mikrometern nach oben gedrückt, um die Rollen dazu zu bringen, einen Kontakt mit dem Draht herzustellen. Somit ist, obwohl sich die Laufrichtung in den Abschnitten zwischen den Führungsrollen 7a, 7b wegen der Gleitdrahtandruckvorrichtungen 11a, 11b mikroskopisch verändert, der Veränderungsgrad sehr gering, und der Drahtspannzustand zwischen ihnen ist im Wesentlichen gerade. Durch die Tatsache, dass der Draht 3 einen Punktkontakt mit der zylindrischen Gleitdrahtandruckvorrichtung herstellt und an dieser gleitet, wird eine vertikale (in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung wirkende) mikroskopische Schwingung in Bezug auf die Drahtlaufrichtung unterdrückt, was die Veränderung des Zwischenelektrodenabstands eliminiert, wodurch die Elektroerodierbearbeitung unter Beharrungszustandsgenauigkeit erfolgt. Die Gleitdrahtandruckvorrichtungen 11a, 11b unterdrücken die mikroskopische Schwingung, indem sie einen Kontakt mit den Schneidedrahtabschnitten CL herstellen. Wie im Vorstehenden, sind die Drahtführungsnuten auch in den Flächen der Andruckvorrichtungen 11a, 11b hergestellt, und es ist möglich, dass die Nuten über Funktionen verfügen, um die Drahtabschnitte CL an die vorgesehene Stelle zu leiten.
Mit dem vorstehenden Vorrichtungsaufbau kann die vertikale mikroskopische Schwingung der Schneidedrahtabschnitte CL unterdrückt werden, die sich aus dem Anhaften von Fremdstoffen an den Führungsrollen 7a, 7b und der Exzentrizität von Rollenachsen ergibt, so dass die vielen, gleich dicken Stücke Wafer auf einmal aus dem Werkstück 5 herausgeschnitten werden können.
Wenn hier die Schneidedrahtabschnitte CL über den Führungsrollen 7a, 7b durchlaufen, wird es ausreichen, dass sie unter den Drahtandruckvorrichtungen 11a, 11b durchlaufen.
Weil an den Drahtandruckvorrichtungen Drahtsegmente, die entsprechend jedem Schneidedrahtabschnitt CL einen Kontakt mit den Drahtandruckvorrichtungen herstellen, elektrisch voneinander isoliert sein müssen, sind die Drahtandruckvorrichtungen 11a, 11b aus einem isolierenden Material hergestellt. Weil ferner eine Gleitreibung zwischen den Drahtandruckvorrichtungen und dem Draht 3 stattfindet, besteht jede Drahtandruckvorrichtung vorzugsweise aus einem harten Material wie etwa Bornitrid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliciumcarbid, das über eine hohe Härte und Abriebfestigkeit verfügt. Zusätzlich kann ein Material verwendet werden, das mit einer Schicht überzogen ist, die aus einem nicht leitfähigen, harten Material wie etwa diamantartigem Kohlenstoff (DLC) besteht.
Die Gleitdrahtandruckvorrichtungen 11a, 11b können, weil sie strukturell von den jeweiligen Düsen 8a, 8b getrennt sind, indem sie gedreht werden, leicht ihre Kontaktabschnitte mit dem Draht verändern und ausgetauscht werden, so dass sie nötigenfalls als Zusatzdrahtschwingungsdämpfer verwendet werden können.
Eine vorteilhafte Wirkung besteht darin, dass, indem die Drahtandruckvorrichtungen 11a, 11b, mit denen die Schneidedrahtabschnitte CL einen Kontakt herstellen, wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, die vertikalen Schwingungen der durchlaufenden Schneidedrahtabschnitte CL unterdrückt werden und die Veränderung beim Zwischenelektrodenabstand verhindert wird, so dass die Elektroerodierbearbeitung unter Beharrungszustandsgenauigkeit erfolgt, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit gesteigert wird.
Außerdem sind die Flächen der Drahtandruckvorrichtungen mit Schichten aus einem isolierenden harten Material wie DLC überzogen, so dass ein vom Drahtlauf herrührenden Abrieb reduziert ist, wodurch also eine elektrische Entladung im Beharrungszustandsbetrieb über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann.
Ausführungsform 3
8 ist eine Querschnittsansicht, die den Hauptteil einer Schneidedrahtelektroerodierbearbeitungsvorrichtung nach Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Aufbau der Entladungsbearbeitungsvorrichtung und des Werkstücks gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind größtenteils derjenigen/demjenigen der in Ausführungsform 1 beschriebenen 6 gemeinsam; somit werden, ohne Erläuterung eines derartigen Aufbaus, der Aufbau und Betrieb anhand des benachbarten Abschnitts des Paralleldrahtabschnitts PS hauptsächlich beschrieben, der sich von demjenigen in der Ausführungsform 1 unterscheidet.
Mit Bezug auf 8 wird zwischen einem Paar Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b im Paralleldrahtabschnitt PS ein Paar schwingungsdämpfende Führungen 21, 21b in Bezug auf den Draht in der zu derjenigen Richtung entgegengesetzten Richtung gedrückt, in der die Einspeisungseinheiten 6a, 6b gedrückt werden. Der Abschnitt zwischen dem Paar schwingungsdämpfender Führungen 21a, 21b entspricht dem Schneidedrahtabschnitt CL. Das Paar Düsen 8a, 8b ist in den Schneidedrahtabschnitten CL innerhalb des Paars Dämpfungsführungen 21a, 21b angeordnet.
Die Dämpfungsführungen 21a, 21b sind durch ein Halterungsteil 22, einen Rahmen 23 und eine Abdeckung 24 gesichert, um nicht im Hinblick auf ein Bearbeitungsbett 30 verschoben zu werden, das einen Bezugspunkt zum Regeln der Position des Werkstücks 5 herstellt.
9 ist eine Querschnittsansicht der Dämpfungsführungen 21a, 21b von der Führungsrolle 1b her gesehen. Mit Bezug auf 9 sind die Dämpfungsführungen 21, die durch den Rahmen 23 und die Abdeckung 24 gesichert sind, mit mehreren Nuten 25 ausgebildet, die V-förmige Böden haben. Die mehreren Nuten 25 sind separat in feststehenden Abständen ausgebildet, und die Tiefe jeder Nut 25 ist gleich bestimmt. Der Draht 3 durchläuft das Innere der Nuten 25, und deren Innenflächen sind durch Schleifen bearbeitet, so dass der Reibungswiderstand zwischen den Flächen und dem Draht 3 auf einen geringen Wert gedrückt ist. Zusätzlich haben die Dämpfungsführungen 21, wie in 8 gezeigt ist, im Querschnitt kreisrunde Formen so dass ihre Kontaktabschnitte mit dem Draht 3 einen gewisses Längenmaß haben können. Ihr Durchmesser ist als 10 mm oder mehr betragend bestimmt, beispielsweise in der Größenordnung von 20 mm.
Ferner nehmen die Halterungsteile 22 Strukturen an, die es erlauben, dass ihre Höhen eingestellt werden können, so dass die durch die Dämpfungsführungen 21 angelegten Andruckbeträge eingestellt werden können, und für den Rest der Richtung ist kein beweglicher Mechanismus vorgesehen.
Außerdem sind die Dämpfungsführungen 21 aus einem isolierenden, harten Material gebildet. Es reicht aus, wenn es sich bei dem isolierenden, harten Material, das sehr hart mit hoher Isolierung ist, um ein Material handelt, das diamantartigen Kohlenstoff oder Keramik wie etwa aus Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid umfasst. Selbst wenn die Dämpfungsführungen 21 aus einem nicht isolierenden Metallmaterial bestehen, reicht es aus, wenn die Nuten 25 mit einem isolierenden harten Material beschichtet sind.
Als Nächstes werden Beschreibungen anhand eines Verfahrens zum Einrichten der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform und anhand von Verfahren der Drahtschneideelektroerodierbearbeitung und zur Herstellung eines Halbleiterwafers unter Verwendung der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung geboten.
Zuerst wird nach Abnahme der Abdeckung 24 der Draht 3 mit den Führungsrollen 1c, 1d u. dgl. in Eingriff gebracht. Anschließend werden die schwingungsdämpfenden Führungen 21, wobei die Positionen der Nuten der Führungen 21 auf den Draht 3 ausgerichtet sind, an dem mit dem Rahmen 23 in Eingriff stehenden Draht 3 angesetzt. Als Nächstes wird die Abdeckung 24 von oben auf den Rahmen 23 aufgesetzt und daran befestigt. Anschließend wird die Elektroerodierbearbeitungsvorrichtung als Ganzes in das Bearbeitungsfluid eingetaucht, der Draht zum Laufen gebracht und Energie aus den Einspeisungskontakten K der Energieeinspeisungseinheiten 6a, 6b eingespeist. Auf diese Weise kann die Drahtschneideelektroerodierbearbeitung erfolgen. Wenn es sich bei dem Werkstück 5 um einen Halbleiter oder einen Halbleiterblock handelt, bewerkstelligt dieses Verfahren die Herstellung von Halbleiterwafern.
Entsprechend der Drahtschneideelektroerodierbearbeitung in der vorliegenden Ausführungsform wird die Schwingung des Drahts 3 unterdrückt sowie die Position des Drahts 3 mit Genauigkeit durch das Paar schwingungsdämpfender Führungen 21 geregelt, wovon jede mehrere der Nuten 25 besitzt, so dass die Abstände zwischen dem Werkstück 5 und den Schneidedrahtabschnitte CL mit einigen Mikrometern bis zu einigen Dutzend Mikrometern aufrechterhalten werden können. Somit kann die Drahtschneideelektroerodierbearbeitung unter einer Beharrungszustandsimpulsentladung fortgesetzt werden. Außerdem besteht eine vorteilhafte Wirkung darin, dass die Dämpfungsführungen 21 sicherstellen, dass der Draht 3 gegen die Energieeinspeisungskontakte K gedrückt werden kann, so dass eine stabile Energieeinspeisung in jedes der parallelen Segmente des Drahts 3 erfolgen kann.
Darüber hinaus sind die Dämpfungsführungen 21 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, weil sie sich jeweils nur in der Bearbeitungsrichtung des Werkstücks 5 bewegen können, schwierig in andere Richtungen zu bewegen, wodurch eine höchst steuerbare Bearbeitung ermöglicht wird. Da außerdem die Führungen 21 über keinen Drehmechanismus (Lager) verfügen, werden keine Einstellungen für die unrunde Bewegung benötigt, und somit kann die Drahtschwingung durch einen einfachen Aufbau unterdrückt werden.
Auch wenn die Dämpfungsführungen 21 einen Verschleiß erfahren haben, können außerdem die Kontaktpositionen der vom Querschnitt her kreisförmigen Führungen 21 mit dem Draht 3 leicht unter Verwendung der Führungen 21 nach einer Drehung von diesen verändert werden, und somit kann ein ähnlicher Bearbeitungszustand mühelos fortgesetzt werden.
Weil ferner die zylindrischen Dämpfungsführungen 21 als über Durchmesser von 10 mm oder mehr verfügend bestimmt sind, werden die Kontaktabschnitte der Führungen 21 mit dem Draht 3 länger, und somit werden die Kontaktdrücke verteilt und gesenkt, so dass der Abrieb an der Oberfläche des Drahts 3 und den Oberflächen der Führungen 21 unterdrückt werden kann.
Zudem verhindert die Tatsache, dass die Dämpfungsführungen größere Durchmesser haben, unregelmäßige Abstände zwischen jedem Segment des Drahts 3 in den Schneidedrahtabschnitten CL und dem Werkstück und einen Bruch des Drahts 3 infolge der mangelnden Festigkeit der Führungen 21. Zusätzlich erfahren die Führungen 21 oder deren Nuten 25 nicht leicht einen Abrieb, weil sie ja aus dem isolierenden, harten Material hergestellt sind.
Darüber hinaus wird ein Strahl des aus der Düse 8 zur Energieeinspeisungseinheit 6 auszustoßenden Bearbeitungsfluids hauptsächlich zum Werkstück 5 hin gerichtet, während das auf die Einheit 6 gerichtete Fluid, weil die Dämpfungsführungen 21 dazwischen angeordnet sind, auch nicht direkt auf die Einspeisungseinheit 6 gespritzt wird. Folglich besteht eine vorteilhafte Wirkung darin, dass die durch die Kollision der Bearbeitungsfluidströmung an den Einspeisungseinheiten 6 verursachte Drahtschwingung unterdrückt wird, was bewirkt, dass in den Draht 3 eine stabile Energie eingespeist wird und dadurch die Elektroerodierbearbeitung unter Beharrungszustandsgenauigkeit erfolgt, so dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit der Elektroerodierdrahtsäge verbessert sind, was zu einer höheren Produktivität der Wafer führt.
Ferner wird der Paralleldrahtabschnitt PS, angedrückt durch die Energieeinspeisungseinheiten 6, entlang der Kontaktfläche der Einspeisungseinheiten 6 verwunden, und diese Verwindung stellt einen Glättungsbetrag der Schneidedrahtabschnitte CL dar. Wenn im Spezielleren die Andruckbeträge reduziert werden, nimmt der Glättungsbetrag ab, während Ersterer zunimmt, wenn der Letztere zunimmt. Auf diese Weise ist der Glättungsbetrag beispielsweise in Form der Andruckbeträge steuerbar, die durch die Einspeisungseinheiten 6 gegen die zwischen den Dämpfungsführungen 21 und den jeweiligen Führungsrollen 1d, 1c gespannten Paralleldrahtabschnitt PS angelegt werden.
Hier kann die Richtung, in der die Einspeisungseinheiten 6 gegen den Draht 3 an den Paralleldrahtabschnitt PS drücken, als von oberhalb des Abschnitts PS her bestimmt werden. In dieser Situation wird es ausreichen, die Dämpfungsführungen 21 von unterhalb des Paralleldrahtabschnitts PS nach oben zu drücken und die Schneidedrahtabschnitte CL unter Verwendung der Einheiten 6 sich glätten zu lassen.
Auch sind die Dämpfungsführungen 21 vorzugsweise an Stellen angeordnet, die sich maximal nahe an der Mündung der Düse 8 befinden, die der Draht durchläuft. Es reicht aus, wenn die höhenmäßigen Positionen zum Anordnen der Führungen 21a, 21b (in der Laufrichtung des Werkstücks während der Bearbeitung) so bestimmt werden, dass die gegen den Draht 3 drückenden Führungsflächen sich allgemein auf Höhe der Düsenmündung befinden.
Ausführungsform 4
10 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau einer Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Aufbauweisen der Entladungsbearbeitungsvorrichtung und des Werkstücks gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind größtenteils derjenigen/demjenigen denjenigen in Ausführungsform 3 gemeinsam; und somit werden, ohne Erläuterung von diesen, der Aufbau und Betrieb anhand des benachbarten Abschnitts des Paralleldrahtabschnitts PS hauptsächlich beschrieben, der sich von demjenigen in der Ausführungsform 3 unterscheidet.
Mit Bezug auf 10 sind die schwingungsdämpfenden Führungen 21a, 21b gleichmäßige polygonale Säulen mit gleichmäßigen Vielecken im Querschnitt. Bei der Elektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine der Seiten der Säulen der Führungen 21, die Formen einer regelmäßigen polygonalen Säule haben, gegen den Draht 3 gedrückt. Zudem sind die Führungen 21 im Rahmen 23 und der Abdeckung 24 untergebracht und darin befestigt. Die der Schrittweite des Drahts 3 entsprechenden Nuten sind in den Säulenseiten ausgebildet. Das Vieleck, wenn es ein Viereck ist oder mehr Ecken als ein Viereck hat, ist annehmbar, weil seine Winkel zwischen den Seiten nicht zu groß sind.
Bei der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform haben die Dämpfungsführungen 21 Formen einer polygonalen Säule, so dass die Führungen 21 einen Kontakt mit dem Draht 3 über eine gewisse Länge herstellen und somit ihre Kontaktflächen größer werden. Folglich kann im Vergleich zu der Situation, in der die Führungen 21 kreisförmige Querschnitte haben, der Kontaktdruck an Abschnitten, gegen die der Draht 3 gedrückt wird, durch Verteilen des Drucks gesenkt werden. Deshalb kann der Abrieb des Drahts 3 und der Führungen 21 unterdrückt werden, und ferner können die Positionsveränderung zum Drücken gegen den Draht 3 und die Veränderungen des Betrags des Andrucks gegen den Draht und des Kontaktdrucks gemindert werden. Wenn der Abrieb bewirkt, dass die Nuten tiefer werden oder der Betrag des Andrucks gegen den Draht oder des Kontaktdrucks abnimmt, tritt in manchen Fällen eine mikroskopische Drahtschwingung auf; allerdings ermöglicht die Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Unterdrückung der mikroskopischen Drahtschwingung, wodurch eine hochgenaue Bearbeitung erzielt wird.
Die vorliegende Ausführungsform beschreibt ein Beispiel der Dämpfungsführungen 21, die polygonale Querschnitte haben. Wenn deren Querschnitte ein Vieleck sind, tritt in manchen Fällen eine Belastungskonzentration an den Winkelabschnitten auf. Aus diesem Grund können die Winkelabschnitte der Querschnittsformen der Führung 21 wie in 11, die deren Querschnittsformen zeigt, abgerundet sein. 11 ist ein Satz Ansichten, welche die Querschnitte der schwingungsdämpfenden Führung der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. 11(a) zeigt ein Beispiel eines Vielecks (Achtecks in diesem Beispiel) im Querschnitt, und 11(b) zeigt ein Beispiel des polygonalen Querschnitts mit abgerundeten Winkelabschnitten.
Bei der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung, die sich der Dämpfungsführungen 21 bedient, wofür ein Beispiel von deren Querschnittsform in 11(b) gezeigt ist, kann eine an die Winkelabschnitte der Führungen 21 anzulegende Belastung zerstreut werden, und zusätzlich kann die Veränderung des Kontaktdrucks zwischen dem Draht 3 und den Führungen 21 reduziert werden, so dass eine Bearbeitung unter hoher Beharrungszustandsgenauigkeit erfolgen kann. Eine weitere vorteilhafte Wirkung besteht darin, dass verhindert wird, dass der Draht 3 bricht.
Anzumerken ist, dass in den vorstehenden vier Ausführungsformen zwei Energieeinspeisungseinheiten vorgesehen sind, die das Werkstück 5 zwischen sich haben; allerdings lässt sich die vorliegende Erfindung auch auf ein Beispiel anwenden, bei dem eine einzige Einheit vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste

1a, 1b, 1c, 1d: Führungsrolle
2: Drahtspule
3: Draht
CL: Schneidedrahtabschnitte
PS: Paralleldrahtabschnitt
4: Drahtaufwicklungsspule
5: Werkstück
6a, 6b: Energieeinspeisungseinheit
K: Energieeinspeisungskontakt
7a, 7b: schwingungsdämpfende Führungsrolle
GR: Nut
8a, 8b: Düse
9: Werkstücktisch
10: Bearbeitungsenergieversorgungseinheit
11a, 11b: Gleitdrahtandruckvorrichtung
21a, 21b: schwingungsdämpfende Führung
22: Halterungsteil
23: Rahmen
24: Abdeckung
25: Nuten
30: Bearbeitungsbett

Claims

Drahtschneideelektroerodierverfahren, wobei ein Draht (3) über ein Paar parallel angeordneter und voneinander beabstandeter Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d); der einen Paralleldrahtabschnitt (PS) zwischen den Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) bildet, indem er mehrere Male voneinander getrennt in feststehenden Abständen zwischen den Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) in Eingriff gebracht ist, um mit den Drehungen der Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) mitzulaufen; und wobei ein zwischen dem Paar Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) angeordnetes Paar schwingungsdämpfender Führungsrollen (7a, 7b), das mehrere Schneidedrahtabschnitte (CL) bildet, Schwingungen dämpft, indem ein Antriebskontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt (PS) hergestellt wird, wobei die schwingungsdämpfenden Führungsrollen (7a, 7b), sich in oder entgegengesetzt einer Laufrichtung des Drahts (3) bewegen; und wobei mehrere Energieeinspeisungskontakte (6a, 6b), die in jeden der mehreren Schneidedrahtabschnitte (CL) Energie einspeisen.
Drahtschneideelektroerodierverfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schneidedrahtabschnitte (CL) ohne Kontakt mit derselben durch eine Düse (8a, 8b) hindurchlaufen, und die Düse durch eine Ausspritzmündung (93) einen Strahl Bearbeitungsfluid entlang der mehreren Schneidedrahtabschnitte (CL) ausstößt.
Drahtschneideelektroerodierverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die schwingungsdämpfenden Führungsrollen (7a, 7b) im Hinblick auf den Paralleldrahtabschnitt (PS) inklusive der mehreren Schneidedrahtabschnitte (CL) den Energieeinspeiungskontakten (6a, 6b) entgegengesetzt angeordnet sind.
Drahtschneideelektroerodierverfahren nach Anspruch 2, wobei die schwingungsdämpfenden Führungsrollen (7a, 7b) und die Düse (8a, 8b) sich in der Laufrichtung des Drahts (3) bewegen.
Drahtschneideelektroerodierverfahren nach Anspruch 2, wobei eine Gleitdrahtandruckvorrichtung (11a, 11b) zwischen den schwingungsdämpfenden Führungsrollen (7a, 7b) und der Düse (8a, 8b) angeordnet, einen Kontakt mit den Schneidedrahtabschnitten (CL) herstellt.
Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung, Folgendes umfassend: ein Paar parallel angeordneter und voneinander beabstandeter Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d); einen Draht (3), der einen Paralleldrahtabschnitt zwischen den Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) bildet, indem er mehrere Male voneinander getrennt in feststehenden Abständen zwischen den Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) in Eingriff gebracht ist, um mit den Drehungen der Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) mitzulaufen; ein zwischen dem Paar Führungsrollen (1a, 1b, 1c, 1d) angeordnetes Paar schwingungsdämpfender Führungen (21a, 21b), und wovon jede mehrere Nuten (25) besitzt, die in feststehenden Abständen voneinander beabstandet sind, die mehrere Schneidedrahtabschnitte (CL) bilden, die gedämpft werden, indem ein Andruckkontakt mit dem Paralleldrahtabschnitt (PS) hergestellt wird, wobei die schwingungsdämpfenden Führungen (21a, 21b) dazu ausgelegt sind, sich nur senkrecht im Hinblick auf eine durch den Draht des Paralleldrahtabschnitts (PS) gebildete Fläche bewegen zu können; und mehrere jeweils außerhalb der Schneidedrahtabschnitte (CL) angeordnete Energieeinspeisungskontakte (6a, 6b), die Energie in jeden der mehreren Schneidedrahtabschnitte (CL) einspeisen.
Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die schwingungsdämpfenden Führungen (21a, 21b) kreisförmige oder N-polygonale Querschnitte haben, wobei es sich bei N um vier oder mehr handelt.
Halbleiterwaferherstellungsverfahren, wobei unter Verwendung des Drahtschneideelektroerodierverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder der Drahtschneideelektroerodierbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7 eine Vielzahl von Halbleiterwafern aus einem Halbleitermaterial hergestellt wird.
Halbleiterwaferherstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei das Halbleitermaterial aus einem Material mit Silicium und/oder Siliciumcarbid als Hauptinhaltsstoff gebildet ist.