DE19739966A1 - Drahtsäge und Verfahren zum Abtrennen von Formkörpern - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Drahtsäge und ein Verfahren zum Abtrennen von Formkörpern von einem Werkstück.

Drahtsägen werden beispielsweise verwendet, um eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang von einem Kristall abzutrennen. Derartige Drahtsägen besitzen ein Drahtgatter ("wire web"), das von einem Sägedraht gebildet wird, der um zwei oder mehrere Drahtführungsrollen gewickelt ist. Der Säge­ draht kann mit einem Schneidbelag belegt sein. Bei Verwendung von Drahtsägen mit Sägedraht ohne fest gebundenem Schneidkorn wird Schneidkorn in Form einer Suspension ("slurry") während des Abtrennvorganges zugeführt. Beim Abtrennvorgang durch­ dringt das Werkstück das Drahtgatter, in dem der Sägedraht in Form parallel nebeneinander liegender Drahtabschnitte angeord­ net ist. Die Durchdringung des Drahtgatters wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter oder das Drahtgatter gegen das Werkstück führt.

Die Dicke der abgetrennten Formkörper ist mit der Wahl des Ab­ stands zwischen den parallel liegenden Drahtabschnitten fest­ gelegt. Dieser Abstand ist zu kleinen Beträgen hin dadurch be­ grenzt, daß der Sägedraht in Rillen läuft, die in die Draht­ führungsrollen eingearbeitet sind. Die Rillen benötigen ver­ gleichsweise viel Platz und können nicht beliebig eng neben­ einander angeordnet werden, ohne daß ihre Drahtführungs-Eigen­ schaften beeinträchtigt werden. Die Dicke von Halbleiterschei­ ben sollte daher eine bestimmte Mindestdicke nicht unter­ schreiten, obwohl dies, beispielsweise aus Gründen der Materi­ alersparnis, sinnvoll sein könnte. Darüber hinaus können mit den beschriebenen Drahtsägen in der Regel nur scheibenförmige Formkörper hergestellt werden, die parallele Seitenflächen besitzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drahtsäge be­ reitzustellen, die ohne die genannten Einschränkungen verwen­ det werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist eine Drahtsäge zum Abtrennen von Formkörpern von einem Werkstück mit mindestens zwei Drahtgat­ tern aus Sägedraht, die zum Abtrennen der Formkörper einge­ setzt werden und die in einem Abstand h übereinander liegen und zwischen Drahtführungsrollen gespannt sind, wobei die Drahtgatter von einem oder mehreren parallel nebeneinander liegenden Drahtabschnitten gebildet werden, die dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß kein Drahtabschnitt einen anderen in der Draufsicht auf die mindestens zwei Drahtgatter deckungsgleich abdeckt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Abtrennen von Formkörpern von einem Werkstück mit einer Drahtsäge mit mindestens zwei Drahtgattern aus Sägedraht, die in einem Ab­ stand h übereinander liegen und zwischen Drahtführungsrollen gespannt sind, wobei die Drahtgatter von einem oder mehreren parallel nebeneinander liegenden Drahtabschnitten gebildet werden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Formkörper durch den Eingriff von Drahtabschnitten der mindestens zwei Drahtgatter in einem Arbeitsgang geformt werden.

Durch die vorliegende Erfindung können Kristalle aus Halblei­ termaterial in vergleichsweise dünne Halbleiterscheiben ge­ teilt werden. Es können aber auch davon abweichend geformte Formkörper hergestellt werden, die auch aus einem anderem Ma­ terial bestehen können. Bei der Wahl der Form der Formkörper steht eine Vielzahl von Möglichkeiten offen.

Gemäß der Erfindung werden zwei oder mehrere Drahtgatter in geringem Abstand übereinander gestapelt und gegebenenfalls vor und während des Abtrennvorganges Bewegungen eines oder mehre­ rer der Drahtgatter ermöglicht. In erster Linie sollen die Drahtgatter Verschiebungen in Längsrichtung der Drahtführungs­ rollen der Drahtgatter und Drehbewegungen ausführen können, wobei sie während der Bewegungen vorzugsweise in den Ebenen bleiben, in denen sie angeordnet sind. Darüber hinaus können auch Kippbewegungen vorgesehen sein, in deren Folge die Drahtabschnitte diese Ebenen ganz oder teilweise verlassen. Die Drehung eines Drahtgatters kann durch Drehen der Drahtfüh­ rungsrollen, die das Drahtgatter aufspannen, erreicht werden. Eine Drehung von Drahtabschnitten um einen kleinen Drehwinkel kann auch durch axiales Verschieben einer Drahtführungsrolle erfolgen. Dementsprechend können die Drahtabschnitte eines Drahtgatters auch gekippt werden, indem nur eine Drahtfüh­ rungsrolle des Drahtgatters senkrecht zur Ebene des Drahtgat­ ters verschoben wird.

Ein Drahtgatter besteht in der Regel aus mehreren parallel zu­ einander liegenden Drahtabschnitten, die zwischen zwei Draht­ führungsrollen gespannt sind und die Drahtführungsrollen in Längsrichtung senkrecht schneiden. Darüber hinaus sind Draht­ sägen mit Drahtgattern, die jeweils von nur einem einzigen Drahtabschnitt gebildet werden, ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Die Drahtabschnitte in den übereinander liegenden Drahtgattern sind derartig angeordnet, daß höchstens nur ein Drahtabschnitt eines Drahtgatters vollständig in einer Ebene liegt, die die Ebenen der Drahtgatter senkrecht schneidet. Dies bedeutet, daß die Drahtabschnitte verschiedener Drahtgatter in der Drauf­ sicht auf die Drahtgatter entweder parallel zueinander liegen oder in einem bestimmten Winkel aufeinander zulaufen oder sich kreuzen. Ein Drahtabschnitt liegt jedoch nie deckungsgleich über einem anderen. Das Werkstück wird beim Abtrennvorgang in einem Arbeitsgang in die vorgesehenen Formkörper geteilt, wo­ bei Drahtabschnitte der übereinanderliegenden Drahtgatter in das Werkstück eingreifen.

Erfindungsgemäße Drahtsägen können ein oder mehrere Rollensy­ steme umfassen, wobei ein Rollensystem aus zwei oder mehreren Drahtführungsrollen besteht, um die ein Sägedraht gewickelt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren näher er­ läutert. Fig. 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Drahtsäge mit zwei Drahtgattern. Fig. 2 zeigt eine mögliche Anordnung der Drahtgatter in Draufsicht. In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Drahtsäge dar­ gestellt. Fig. 4 zeigt in Seitenansicht die Ausführungsform einer Drahtsäge mit vier Drahtgattern, die in geringem Abstand übereinander angeordnet sind. In den Fig. 5 bis 9 sind aus­ gewählte Formkörper gezeigt, die mit Hilfe einer erfindungsge­ mäßen Drahtsäge hergestellt werden können.

Die Drahtsäge gemäß Fig. 1 umfaßt zwei unabhängig voneinander angetriebene Rollensysteme 1a und 1b mit je zwei drehbar gela­ gerten Drahtführungsrollen 2a und 2b, um die jeweils ein Säge­ draht gewickelt ist. Während des Betriebs der Drahtsäge wird der um ein Rollensystem laufende Sägedraht von einer Vor­ ratsspule 3a und 3b ab- und auf eine Aufnahmespule 4a und 4b aufgewickelt. Dieser Vorgang wird unterstützt durch an sich bekannte Einrichtungen 5 zur Drahtverlegung und Regelung der Drahtspannung.

Statt der zwei Rollensysteme mit zwei Sägedrähten kann die ge­ zeigte Drahtsäge auch nur mit einem Sägedraht betrieben wer­ den. In diesem Fall werden jeweils nur eine Auf- und Abwickel­ spule benötigt.

In jedem Rollensystem bildet der, zwischen zwei Drahtführungs­ rollen gespannte Sägedraht, Drahtgatter in Form parallel ne­ beneinander angeordneter Drahtabschnitte aus. Die Drahtab­ schnitte eines Drahtgatters liegen in einer Ebene und sind senkrecht zu den Längsachsen der Drahtführungsrollen ausge­ richtet. Die dargestellte Drahtsäge weist vier Drahtgatter auf. Die beiden Drahtgatter 6a und 6b, die verschiedenen Rol­ lensystemen angehören, liegen in einem geringem Abstand h übereinander. Zum Abtrennen von Halbleiterscheiben von einem Kristall gilt vorzugsweise 0 mm < h ≦ d_k, besonders bevorzugt d_k.3% < h ≦ d_k, wobei d_k der Durchmesser der Kristalls oder die längste Erstreckung des Kristalls in Schneidrichtung ist. Bei Verwendung von Sägedraht, der nicht mit gebundenem Schneidkorn belegt ist, sind Verteilerleisten 7a und 7b vorge­ sehen, durch die während des Abtrennvorganges eine Sägesuspen­ sion zu den Drahtabschnitten der Drahtgatter 6a und 6b geführt wird. Die Drahtgatter 6a und 6b sind in einer Ebene E, bezie­ hungsweise E' angeordnet, wobei die Ebenen durch orthogonale Achsenpaare x und y, beziehungsweise x' und y' aufgespannt sind. Die Längsachsen der Drahtführungsrollen und der Drahtab­ schnitte der Drahtgatter liegen auf oder parallel zu den je­ weiligen Achsenpaaren.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Drahtsäge kann das Drahtgatter 6b gedreht und das Drahtgatter 6a ver­ schoben werden. Die Drehung des Drahtgatters erfolgt durch Drehen der Drahtführungsrollen des Drahtgatters mit einer Dre­ heinrichtung 9. Eine Drehung um einen kleinen Drehwinkel kann auch durch axiales Verschieben einer Drahtführungsrolle erfol­ gen. Eine Verschiebung des Drahtgatters 6a um eine Versatz­ strecke in y-Richtung wird durch axiales Verschieben der Drahtführungsrollen des Drahtgatters mit einer Verschiebeein­ richtung 10 bewirkt. Das Drehen und Verschieben der Drahtgat­ ter vor und während des Abtrennens von Formkörpern von einem Werkstück wird mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung 11, die auch die Bewegungen einer Vorschubeinrichtung 12 kontrolliert, nach einem vorgegebenem Programm automatisch gesteuert.

Die Laufrichtungen der Drahtabschnitte in den Drahtgattern 6a und 6b hängen vom Drehsinn der rotierenden Drahtführungsrollen ab und können gleichgerichtet oder entgegengesetzt sein. Ins­ besondere zur Herstellung von Halbleiterscheiben sind entge­ gengesetzte Laufrichtungen bevorzugt, weil sie für eine gleichmäßige Verteilung der Sägesuspension sorgen. Dies wirkt sich günstig auf die angestrebte Parallelität der Seiten der Halbleiterscheiben aus.

In Fig. 2 ist das Drahtgatter 6b um einen Winkel 0° < α < 90° gedreht gezeigt. Als Maß für die Drehung wird ein Drehwinkel α angegeben. Falls α = 0° ist, sind die Drahtabschnitte der beiden Drahtgatter in der Draufsicht auf die Drahtgatter par­ allel zueinander angeordnet. Wenn α = 90° ist, kreuzen sich die Drahtabschnitte der Drahtgatter im rechten Winkel. Benach­ barte Drahtabschnitte 8a, beziehungsweise 8b in den Drahtgat­ tern 6a und 6b sind mit einem Abstand d, beziehungsweise d' voneinander beabstandet.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Die gezeigte Drahtsäge umfaßt ein Rollensystem 13 mit Drahtführungsrollen 14, die zwei übereinander liegende Drahtgatter 15a und 15b aufspannen. Darüber hinaus sind zwei weitere, axial verschiebbare Drahtführungsrollen 16 vorgese­ hen, durch die der Abstand zwischen den Drahtgattern 15a und 15b verringert und das Drahtgatter 15b in Längsrichtung dieser Drahtführungsrollen verschoben werden kann. Es kann auch ein weiteres Paar von Drahtführungsrollen vorgesehen sein, das in entsprechender Weise auf das Drahtgatter 15a einwirkt und die Drahtführungsrollen 16 gegebenenfalls ersetzt. Eine Drehung eines Drahtgatters um einen kleinen Drehwinkel ist durch axia­ les Verschieben einer der Drahtführungsrollen 16 möglich. Die dargestellte Drahtsäge eignet sich insbesondere zum Abtrennen dünner Halbleiterscheiben von einem Kristall. Von besonderem Vorteil ist, daß vor dem Abtrennen der Halbleiterscheiben eine bestimmte Scheibendicke durch axiales Verschieben der Draht­ führungsrollen 16 eingestellt werden kann, ohne daß ein zeit­ aufwendiger Wechsel von Drahtführungsrollen notwendig ist. Allerdings muß in Kauf genommen werden, daß beim Abtrennvorgang zwei Sorten von Halbleiterscheiben entstehen können, die sich in der Scheibendicke unterscheiden.

Die Erfindung ist nicht auf Drahtsägen mit zwei, in geringem Abstand übereinander liegenden Drahtgattern beschränkt. Es können auch mehrere, vorzugsweise zwei bis vier Drahtgatter übereinander angeordnet sein, wobei jedes der Drahtgatter vor und während eines Abtrennvorganges in der beschriebenen Weise bewegt werden kann.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform mit vier übereinander lie­ genden Drahtgattern 17a, 17b, 17c und 17d dargestellt. Jedem der Drahtgatter ist ein eigenes Rollensystem mit drei, bezie­ hungsweise zwei Drahtführungsrollen 18 zugeordnet. In der Draufsicht auf die Drahtgatter liegt kein Drahtabschnitt eines Drahtgatters deckungsgleich über einem Drahtabschnitt eines anderen Drahtgatters. Ein Werkstück W wird nacheinander durch jedes der Drahtgatter hindurchgeführt. Auf beiden Seiten des Stapels von Drahtgattern sind Verteilerleisten 19 angeordnet, durch die eine Sägesuspension zugeführt wird, mit der die Drahtabschnitte der Drahtgatter benetzt werden.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Formkörpern, wo­ bei eine nahezu unbegrenzte Formenvielfalt zur Auswahl steht. Die Form der Formkörper wird wesentlich beeinflußt durch die räumliche rage der Drahtgatter vor dem Abtrennvorgang und von den Bewegungen, die die Drahtgatter während des Abtrennvorgan­ ges ausführen. Darüber hinaus ist auch die Form des Werkstüc­ kes zu beachten, wenn nicht sämtliche Konturen des Werkstückes durch Einwirkung des Sägedrahtes verändert werden. Ist ein Versatzwinkel α < 0° eingestellt, kann man bei Draufsicht auf die Drahtgatter erkennen, daß die sich kreuzenden Drahtab­ schnitte in Abhängigkeit des eingestellten Versatzwinkels rau­ tenförmige bis rechteckige Muster bilden. Deckt die Grundflä­ che des Werkstücks beim Abtrennvorgang ein solches Muster vollständig ab, entsteht durch Einwirkung der Drahtabschnitte, die das Muster ausbilden ein Formkörper mit einem Querschnitt, der diesem Muster entspricht (dabei ist vorausgesetzt, daß die Drahtgatter während des Abtrennvorganges nicht bewegt werden). Deckt das Werkstück ein Muster nicht vollständig ab, bleiben Teile der Kontur des Werkstückes erhalten. Dies kann bei­ spielsweise genutzt werden, um Formkörper mit keilförmigem Querschnitt herzustellen.

Die Herstellung einiger ausgewählter Formkörper ist nachfol­ gend an Hand von Figuren näher beschrieben, wobei zur Herstel­ lung der Formkörper eine Drahtsäge eingesetzt wird, die zwei erfindungsgemäß angeordnete Drahtgatter aufweist. Die getrof­ fene Auswahl ist jedoch nicht im Sinne einer Beschränkung zu verstehen.

Besonders dünne Halbleiterscheiben mit ebenen und parallelen Seiten können von einem zylinderförmigen Werkstück, beispiels­ weise einem Einkristall abgetrennt werden. Das Werkstück W wird, wie in Fig. 1 dargestellt, mit Hilfe der Vorschubein­ richtung 12 gegen die Drahtgatter 6a und 6b geführt. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, werden dünne Halbleiterscheiben 20 erhal­ ten, wenn der Drahtabstand in den Drahtgattern gleich ist (d=d'), die Drahtgatter nicht gegeneinander gedreht sind (α = 0°), die Versatzstrecke gleich dem halben Drahtabstand ist und dieser Zustand während des Abtrennvorganges beibehalten wird.

Werden die Drahtgatter 6a und 6b einer Drahtsäge gemäß Fig. 1 während des Abtrennvorganges in Längsrichtung der Drahtfüh­ rungsrollen 2a und 2b verschoben, können dünne Scheiben 21 mit parallelen und gekrümmten Seiten erhalten werden (Fig. 6).

Wird während des Abtrennvorganges nur ein Drahtgatter verscho­ ben, beispielsweise das Drahtgatter 6a einer Drahtsäge gemäß Fig. 1 oder das Drahtgatter 15b einer Drahtsäge gemäß Fig. 3, entstehen dünne Scheiben, mit zwei unterschiedlichen Sei­ ten, beispielsweise Scheiben 22 mit Seiten mit ebenem und wel­ ligem Profil (Fig. 7).

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, sind auch Formkörper mit keilför­ migem Querschnitt zugänglich. Sie entstehen, wenn ein spitzer Versatzwinkel α eingestellt und während des Abtrennvorganges beibehalten wird, und das Werkstück keilförmige Ausschnitte der Muster abdeckt, die in der Draufsicht auf die Drahtgatter zu sehen sind. Werden zusätzlich die Drahtführungsrollen eines Drahtgatters während des Abtrennvorganges axial verschoben, entstehen die dargestellten keilförmigen Formkörper 23 mit ebenen und gewölbten Seiten.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel betrifft die in Fig. 9 ge­ zeigte Herstellung dünner Plättchen 24, insbesondere recht­ eckiger oder quadratischer Substrate, die elektronische Bauele­ mente tragen. Sie werden üblicherweise mit einer Säge mit Au­ ßentrennblättern ("dicing saw") von einer Substratscheibe 25 abgetrennt. Durch die Erfindung gelingt das Abtrennen der Plättchen in einem Arbeitsgang. Die Dicke der Substratscheibe kann gegebenenfalls erhöht werden, indem die Substratscheibe vorübergehend auf eine Unterlage 26 geklebt wird, in die die Drahtabschnitte der Drahtgatter eindringen können. Zur Her­ stellung der Plättchen wird eine Drahtsäge eingesetzt, bei der ein Drahtgatter um α = 90° gedreht ist.

Claims (8)

1. Drahtsäge zum Abtrennen von Formkörpern von einem Werkstück mit mindestens zwei Drahtgattern aus Sägedraht, die zum Ab­ trennen der Formkörper eingesetzt werden und die in einem Ab­ stand h übereinander liegen und zwischen Drahtführungsrollen gespannt sind, wobei die Drahtgatter von einem oder mehreren parallel nebeneinander liegenden Drahtabschnitten gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß kein Drahtabschnitt einen anderen in der Draufsicht auf die mindestens zwei Drahtgatter deckungsgleich abdeckt.

2. Drahtsäge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steue­ rungseinrichtung, die die Drahtgatter während des Abtrennens der Formkörper in vorbestimmter Weise in den Ebenen, in denen die Drahtgatter angeordnet sind, drehen und verschieben kann.

3. Drahtsäge nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drahtführungsrollen der Drahtgatter unter­ schiedlichen Rollensystemen angehören, und in jedem Rollensy­ stem ein eigener Sägedraht eingesetzt ist.

4. Drahtsäge nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drahtführungsrollen der Drahtgatter einem Rollensystem angehören, in dem ein Sägedraht eingesetzt ist.

5. Verfahren zum Abtrennen von Formkörpern von einem Werkstück mit einer Drahtsäge mit mindestens zwei Drahtgattern aus Säge­ draht, die in einem Abstand h übereinander liegen und zwischen Drahtführungsrollen gespannt sind, wobei die Drahtgatter von einem oder mehreren parallel nebeneinander liegenden Draht ab­ schnitten gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper durch den Eingriff von Drahtabschnitten der minde­ stens zwei Drahtgatter in einem Arbeitsgang geformt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtgatter vor dem Abtrennen der Formkörper in eine bestimmte, relative räumliche Lage zueinander gebracht werden, wobei ein Drehen und Verschieben möglich ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der Drahtgatter während des Abtrennens von Formkörpern um einen Versatzwinkel α gedreht wird, wobei die Drehung in der Ebene erfolgt, in der das Drahtgatter angeord­ net ist.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eines der Drahtgatter während des Abtrennens von Formkörpern in Längsrichtung der Drahtführungsrollen des Drahtgatters verschoben wird, wobei die Verschiebung in der Ebene erfolgt, in der das Drahtgatter angeordnet ist.