DE3908153C2

DE3908153C2 - Innenwirksame Schneidscheibe

Info

Publication number: DE3908153C2
Application number: DE19893908153
Authority: DE
Inventors: Shigeru Mazaki
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1994-04-14
Anticipated expiration: 2009-03-14
Also published as: JPH01138565U; DE3908153A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine innenwirksame Schneidscheibe mit einer ringförmigen Platte und einer am Innenumfangsabschnitt der Schneidscheibe angeformten Lage aus Schleifkörnern.

Diese Schneidscheibe ist zum Schneiden von Materialblöcken, z. B. aus Silizium oder Gallium-Arsenid vorgesehen.

Die Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen stellen eine übliche innenwirksame Schneidscheibe dar, die aus einer ringförmigen Platte aus nichtrostendem Stahl 1 besteht und eine Schneidkante 2 hat, die aus einer Schicht von Schleifkörnern aufgebaut ist, die längs des Innenumfangs der ringförmigen Platte 1 aus nichtrostendem Stahl besteht. Die Lage von Schleifkörnern besteht aus sehr feinen Schleifkörnern aus Diamant, kubischem Bornitrid (cBN) oder ähnlichem Material, welches in der Beschichtungsphase von Nickel (Ni), Kobalt (Co) oder ähnlichem dispergiert worden ist. Die innenwirksame Schneidscheibe ist an ihrem äußeren Umfangsabschnitt sicher mit einem Antriebsapparat verbunden, so daß sie mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden kann. Ein Block aus Silizium oder Gallium-Arsenid wird durch eine Öffnung in der innenwirksamen Schneidscheibe geschoben und wird durch die Schneidkante 2 zu Wafer-Scheiben zerschnitten.

Die bisher benutzten innenwirksamen Schneidscheiben bestehen aus ringförmigen Platten 1 mit folgenden nominalen Außendurchmessern D und Dickenabmessungen T:

Tabelle 1

Beim Schneiden eines teuren Materials, wie z. B. Silizium, muß der Schneidzuschlag so weit wie möglich vermindert werden, um den Verlust am zu schneidenden Material herabzusetzen. Um den Schneidzuschlag zu vermindern, sollte die größte Dicke der Lage der Schleifkörner in axialer Richtung der ringförmigen Platte 1 herabgesetzt werden. Wenn jedoch nur die Dicke der Lage der Schleifkörner vermindert wird, wird die innenwirksame Schneidscheibe anfällig für eine erhöhte Schneidbelastung, die von der Reibung zwischen der ringförmigen Platte 1 und dem zu schneidenden Material herrührt. Darüber hinaus können die Späne, die während des Schneidvorganges erzeugt werden, nicht reibungslos entfernt werden. Daher muß die Dicke T der ringförmigen Platte 1 ebenso vermindert werden.

Wenn jedoch die Dicke T der ringförmigen Platte 1 auf weniger als 1/5000 des äußeren Durchmessers D vermindert wird, wird die Steifigkeit der ringförmigen Platte 1 ungenügend und der innere Umfang der ringförmigen Platte 1 neigt dazu, während des Schneidvorganges zu vibrieren, was zu einer Verminderung der Schneidgenauigkeit und damit zu Schwankungen in der Dicke der Wafer-Scheiben führt.

Als eine mögliche Lösung für dieses Problem ist bereits eine innenwirksame Schneidscheibe vorgeschlagen worden, in der die ringförmige Platte eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 1770 N/mm² hatte. Bei dieser Ausführung war die innenwirksame Schneidscheibe weniger anfällig für Vibrationen. Im weiteren Verlauf der Forschung wurde jedoch festgestellt, daß ein anderer Nachteil entsteht. Insbesondere wenn die Schneidscheibe der oben genannten Konstruktion dazu benutzt wird, um Wafer-Scheiben von Blöcken zu schneiden, sind die resultierenden Wafer-Scheiben verzogen, wie dies bei W₁ in Fig. 3 abgebildet ist. Die so verzogene Wafer-Scheibe wird im folgenden Läpp-Vorgang zusammengedrückt, wie dies durch die Pfeile in Fig. 3 dargestellt ist und wird geläppt, wie durch strichpunktierte Linien dargestellt. Wenn die Druckkraft nach dem Läppvorgang entfernt wird, kehrt die Wafer-Scheibe jedoch in ihre verzogene Form zurück. Auf diese Weise kann eine Verwerfung der Wafer-Scheiben nicht vermieden werden.

Die japanische Patentanmeldung mit den A-Veröffentlichungsnummern 61-114813 und 61-106207 beschreiben Verfahren zum Vermeiden des Verwerfens von Wafer-Scheiben (Fig. 4). Bei diesem Verfahren wird eine Stirnseite 4a des Blockes 4, von welchem die Wafer-Scheiben geschnitten werden, durch eine Stirnflächen- Schleifvorrichtung 5 geschliffen, um eine Wafer-Scheibe W₂ mit einer ebenen Oberfläche 6 zu erhalten, wie in Fig. 5 dargestellt. Danach wird die andere Oberfläche 7 der Waferscheibe W₂ geläppt, wobei die ebene Fläche 6 auf einer Bezugsfläche aufliegt und es kann eine Wafer-Scheibe ohne Verwerfung erzielt werden, wie bei W₃ angedeutet. Bei dem oben beschriebenen Verfahren muß jedoch eine Stirnschleifvorrichtung 5 an die Scheibenschneidemaschine angebaut werden und die Scheibenschneidemaschine wird daher komplizierter im Aufbau. Da darüber hinaus ein zusätzlicher Schleifvorgang nötig ist, ist der Schneidvorgang nicht wirtschaftlich und der Ausstoß an Wafer-Scheiben wird herabgesetzt.

Innenwirksame Schneidscheiben aus hochfestem Edelstahl mit einer ringförmigen Platte und einer am Innenumfangsabschnitt der Schneidscheibe angeformten Lage aus Schleifkörnern (Diamanten) sowie den in Tabelle 1, Zeile 1 und 2 angegebenen Kennwerten sind beispielsweise durch den Aufsatz "Steifigkeitsmessung an rotierenden ID-Trennblättern" im Industrie-Anzeiger 1987, Nr. 87, Seite 26 und 27 bekanntgeworden. Um Ebenheitsfehler am Wafer zu vermeiden, wird dort vorgeschlagen, die Steifigkeit des rotierenden Trennblattes mittels einer Meßvorrichtung zu überwachen. Nach Überschreitung eines kritischen Wertes der zu messenden axialen Blattauslenkung ist ein Nachspannen des Trennblattes vorgesehen, was jedoch nur in einem begrenzten Rahmen möglich ist.

Es ist danach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine innenwirksame Schneidscheibe zu schaffen, die nicht nur Abweichungen in der Dicke der Wafer-Scheiben vermeiden kann, sondern auch eine größtmögliche Flachheit der Wafer-Scheiben erreicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Frontansicht einer innenwirksamen Schneidscheibe gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ist ein Querschnitt der Schneidscheibe nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Wafer-Scheibe, die mit einer Schneidscheibe nach Fig. 1 geschnitten worden ist;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer üblichen Scheibenschneidemaschine;

Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht einer Wafer-Scheibe, die mit der Maschine nach Fig. 4 geschnitten worden ist;

Fig. 6 ist ein Querschnitt eines Teiles der innenwirksamen Schneidscheibe nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 bis 10, 12 und 13 sind graphische Darstellungen, in denen die Ergebnisse von Experimenten dargestellt sind, die angestellt worden sind, um die Vorteile der Erfindung zu zeigen, und

Fig. 11a und 11b sind schematische Ansichten, die eine Wölbung am Block zeigen.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen nach der Erfindung

Die Fig. 6 zeigt eine innenwirksame Schneidscheibe nach der vorliegenden Erfindung. Wie bei einer Schneidscheibe nach dem Stand der Technik, besteht die innenwirksame Schneidscheibe aus einer ringförmigen Platte 10 aus nichtrostendem Stahl und weist eine Schneidkante 11 auf, die aus einer Lage von Schleifkörnern besteht, die auf dem Innenumfangsabschnitt 12 der ringförmigen Platte 10 angeformt ist. Die ringförmige Platte 10 ist so ausgebildet, daß ihre Dicke T nicht größer als 1/5000 ihres äußeren Durchmessers D ist und fernerhin so, daß sie eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 2260 N/mm² hat. Ein geeigneter, nichtrostender Stahl für die ringförmige Platte 10 ist PH15-7Mo (AISI 632), 17-7PH, Inconel 750, Maraging Steel, oder ein ähnliches Material.

Nach dem Vorhergesagten ist der Grund dafür, daß die ringförmige Platte 10 so bemessen ist, daß sie eine Dicke T von nicht mehr als 1/5000 des äußeren Durchmessers D hat, der, daß wenn die ringförmige Platte 10 dicker als 1/5000 ihres äußeren Durchmessers D wäre, der Schneidzuschlag nicht genügend vermindert werden könnte. Der Grund, warum die Zugfestigkeit der ringförmigen Platte 10 auf einen Wert von nicht weniger als 2260 N/mm² festgesetzt ist, ist der, daß wenn er weniger als 2260 N/mm² wäre, die Steifigkeit der ringförmigen Platte 10 ungenügend wäre und der innere Umfangsabschnitt der ringförmigen Platte 10 anfällig für Vibrationen wäre, wodurch die Schneidgenauigkeit herabgemindert würde. In ähnlicher Weise würde die Flachheit der Stirnfläche des Blockes in entsprechender Weise betroffen, so daß ein Verwerfen der Wafer-Scheiben dann durch einen Schleifvorgang an der Stirnfläche korrigiert werden müßte.

Die Lage von Schleifkörnern enthält sehr feine Schleifkörner, wie z. B. Diamanten oder kubisches Bor-Nitrid, die in einer Beschichtungsphase von Nickel, Kobalt oder ähnlichem dispergiert ist und auf dem Innenumfangsabschnitt 12 so angeformt ist, daß sie den Querschnitt eines Tränentropfens hat. Die Dicke A der Lage von Schleifkörnern 11 ist in axialer Richtung der ringförmigen Platte 10 vergleichsweise groß ausgeführt und das Maß B als der Abstand zwischen der ringförmigen Platte 10 und der höchsten Erhebung der Schneidfläche der Lage 11 vergleichsweise klein.

Die innenwirksame Schneidscheibe nach der obigen Konstruktion hat die folgenden Vorteile: Bei der oben vorgeschlagenen Schneidscheibe kann die Vibration des Innenumfangsabschnittes herabgesetzt werden, da die Zugfestigkeit der ringförmigen Platte 10 groß ist. Die Dickenabweichung der Wafer-Scheiben kann daher vermieden werden und dadurch wird die Schneidgenauigkeit verbessert. Darüber hinaus kann, sofern die Zugfestigkeit der ringförmigen Platte 10 auf einen Wert von nicht kleiner als 2260 N/mm² festgesetzt wird, die Stirnfläche des Blockes immer gleichmäßig flach ausgebildet sein und folglich wird kein zusätzliches Werkzeug oder Arbeitsgang benötigt, um Wafer-Scheiben ohne Verwerfungen herzustellen.

Nach dem Ebenerwähnten, wird die innenwirksame Schneidscheibe dazu benutzt, Blöcke von Halbleitermaterial zu schneiden, sie kann aber auch dazu benutzt werden, andere Blöcke als die aus Halbleitermaterial zu schneiden.

Die vorliegende Erfindung wird jetzt durch die folgenden Beispiele verdeutlicht:

Beispiel 1

Es wurden zu Vergleichszwecken eine innenwirksame Schneidscheibe nach der Erfindung vorbereitet und eine dem Stand der Technik entsprechende, innenwirksame Schneidscheibe. Diese Schneidscheiben waren wie folgt ausgebildet.

a) Erfindungsgemäße innenwirksame Schneidscheibe

Äußerer Durchmesser der ringförmigen Platte D: 596 mm
Innerer Durchmesser: 203,8 mm
Dicke der ringförmigen Platte T: 0,10 mm D/T: 5960
Material der ringförmigen Platte: sehr hohe zugfeste Legierung
Zugfestigkeit der ringförmigen Platte: 2350 N/mm²
Dicke der Lage von Schleifkörnern: 0,27 mm.

b) Innenwirksame Schneidscheibe als Vergleichsschneidscheibe

Äußerer Durchmesser der ringförmigen Platte D: 596 mm
Innerer Durchmesser: 203,8 mm
Dicke der ringförmigen Platte T: 0,13 mm D/T: 4584
Material der ringförmigen Platte: nichtrostender Stahl (SUS301)
Zugfestigkeit der ringförmigen Platte: 1800 N/mm²
Dicke der Lage der Schleifkörner: 0,30 mm.

Zum Messen der Zugfestigkeit sind für die obigen Beispiele Teststücke vorbereitet worden gemäß dem japanischen Industriestandard (JIS) 13B, und ein "AutoGraph AG-5000A" von der Firma Kabushiki Kaisha Shimazu Seisakusho wurde verwendet, um die Zugfestigkeit unter einer Kreuzkopf-Geschwindigkeit von 0,5 mm/s zu messen.

Beide innenwirksamen Schneidscheiben wurden daraufhin einem Schneidtest unter folgenden Bedingungen unterzogen:
Radiale Ausdehnung der ringförmigen Platte: 1,2 mm
Umfangsgeschwindigkeit der ringförmigen Platte: 1100 m/min
Vorschubgeschwindigkeit: 60 mm/min
Kühlmittel: Stadtwasser (8 l/Stunde)
zu schneidendes Material: Siliziumblöcke von 127 mm Durchmesser
Scheibenschneidemaschine: MS27B, hergestellt von der Firma Mitsubishi Metal Corp.

Die Ergebnisse sind in den Fig. 7 bis 10 der beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 7 zeigt die Abweichung in der Dicke von Wafer-Scheiben, die mit der innenwirksamen Schneidscheibe nach der Erfindung geschnitten worden sind, während Fig. 8 dasselbe für Wafer-Scheiben zeigt, die von einer innenwirksamen Schneidscheibe gemäß dem Stand der Technik geschnitten worden sind. Wie aus diesen Ergebnissen ersehen werden kann, ist die Dickenabweichung von Wafer-Scheiben, die von der erfindungsgemäßen innenwirksamen Schneidscheibe geschnitten worden sind, im Vergleich zu solchen Wafer-Scheiben, die mit der Vergleichsschneidscheibe 1 geschnitten sind, herabgesetzt. Tatsächlich beträgt die Dicke bei Wafer-Scheiben, die von der erfindungsgemäßen innenwirksamen Schneidscheibe geschnitten worden sind, als Durchschnitt von fünf Meßpunkten 712,68 µm und die Dickenabweichung der Wafer-Scheiben 1,87 µm. Im Gegensatz dazu hatten Wafer-Scheiben, die mit der Vergleichsschneidscheibe 1 geschnitten worden waren, eine Durchschnittsdicke von 677,12 µm und die Standardabweichung in der Dicke war 2,01 µm.

Darüber hinaus stellt die Fig. 9 die Krümmung an einem Block dar, der mit der erfindungsgemäßen innenwirksamen Schneidscheibe geschnitten worden ist, während Fig. 10 daßelbe bei einem Block darstellt, der mit der Vergleichs schneidscheibe 1 geschnitten worden ist. Bei diesen Ergebnissen wird eine Krümmung mit Minuswerten als eine solche Verwerfung definiert, wie sie in Fig. 11a dargestellt ist, während die Krümmung mit Pluswerten als eine solche definiert ist, wie sie in Fig. 11b dargestellt ist. Wie aus diesen Ergebnissen ersehen werden kann, ist die Stirnfläche des Blockes, der mit der erfindungsgemäßen innenwirksamen Schneidscheibe abgeschnitten worden ist, flacher als die eines Blockes, der mit der Vergleichs schneidscheibe 1 geschnitten worden ist.

Beispiel 2

Es wurde nun eine andere innenwirksame Schneidscheibe mit folgenden Ausmaßen vorbereitet (Vergleichsschneidscheibe 2).
Äußerer Durchmesser der ringförmigen Platte D: 596 mm
Innerer Durchmesser: 203,8 mm
Dicke der ringförmigen Platte T: 0,10 mm D/T: 5960
Material der ringförmigen Platte: sehr hohe zugfeste Legierung
Zugfestigkeit der ringförmigen Platte: 2160 N/mm²
Dicke der Lage der Schleifkörner: 0,27 mm.

Die innenwirksame Schneidscheibe wurde dann einem Schneidtest unter denselben Bedingungen unterworfen, wie im Beispiel 1. Die Ergebnisse sind in den Fig. 12 und 13 dargestellt.

Wenn die Ergebnisse mit denen verglichen werden, die mit der erfindungsgemäßen Schneidscheibe gemäß Beispiel 1 erzielt worden sind, kann aus den Fig. 7 und 12 ersehen werden, daß die erfindungsgemäße innenwirksame Schneidscheibe eine größere Schneidgenauigkeit als die Vergleichsscheibe 2 bietet. Tatsächlich haben die Wafer-Scheiben, die mit der Vergleichsscheibe 2 geschnitten worden sind, eine Durchschnittsdicke von 714,03 µm und die normale Dickenabweichung war 2,5 µm. Darüber hinaus kann aus den Fig. 9 und 13 ersehen werden, daß die innenwirksame Schneidscheibe nach der Erfindung eine höhere Flachheit der Wafer-Scheiben erzielt.

Claims

1. Innenwirksame Schneidscheibe mit einer ringförmigen Platte und einer am Innenumfangsabschnitt der Schneidscheibe angeformten Lage aus Schleifkörnern, wobei die Dicke des Innenumfangsabschnittes der ringförmigen Platte nicht größer ist als 1/5000 des äußeren Durchmessers der Platte und wobei die Zugfestigkeit der Schneidplatte nicht weniger ist als 2260 N/mm².

2. Innenwirksame Schneidscheibe nach Anspruch 1, wobei die ringförmige Platte aus nichtrostendem Stahl besteht.

3. Innenwirksame Schneidscheibe nach Anspruch 2, wobei die Schleifkörner sehr feine Schleifkörner aus einem Material sind, das aus der Gruppe der Diamanten und kubischen Bor-Nitride ausgesucht ist.