DE4024751C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Innenlochsägen von stabförmigen Werkstücken, insbesondere Halbleiterstäben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenlochsägen von stabförmigen Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Innenlochsägen werden hauptsächlich in den Fällen für das Abtrennen von Scheiben von stabförmigen Werkstücken einge­ setzt, in denen höchste Genauigkeit beim Trennvorgang gefor­ dert ist. Hauptsächliches Einsatzgebiet ist daher die Halbleitertechnik, in der die "wafer", dünne Scheiben von typisch 0.1 bis 1 mm Dicke, von zumeist einkristallinen Stä­ ben des Halbleitermaterials, im allgemeinen Elementhalblei­ ter wie Silicium oder Germanium, oder Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid oder Indiumphosphid, abgetrennt werden.

Daneben werden Innenlochsägen z. B. auch beim geringe Tole­ ranzen erlaubenden Zersägen von oxidischen Materialien wie Gallium- Gadolinium-Granat oder Quarz bzw. Quarzglas in Scheiben verwendet.

Beim Trennvorgang arbeitet sich unter Materialabtrag und Zu­ fuhr eines Kühlschmiermittels die Schneidkante, die in Form von in eine Bindungsmatrix eingebetteten Hartstoffteilchen (meist in eine Nickelschicht eingebettete Diamantkörner) das Innenloch des an seinem Außenumfang in ein Maschinendrehteil eingespannten Sägeblattes umgibt, nach und nach durch das zu zertrennende Werkstück hindurch, bis die gewünschte Scheibe vollständig abgetrennt ist. Üblicherweise ist das Werkstück auf eine Schneidleiste aus keramischem Material, Verbund­ werkstoffen, Kohle, Graphit oder auch Quarz oder Quarzglas aufgekittet, so daß in der Endphase des Trennvorganges auch nach dem vollständigen Durchtrennen des eigentlichen Werk­ stückes die Scheibe noch von der Schneidleiste in ihrer Aus­ gangsposition gehalten wird. Beim üblichen Verlauf des Trennvorganges wird in dieser Endphase, und zwar im allge­ meinen dann, wenn die Schneidkante in die Schneidleiste ein­ zusägen beginnt, eine Vakuumabnehmervorrichtung an die Scheibe herangeführt. Durch Anlegen von Vakuum wird dann die erforderliche Haltekraft zwischen Scheibe und Abnehmervor­ richtung erzeugt, so daß schließlich nach vollständigem Durchtrennen der Schneidleiste durch die Schneidkante die Scheibe von dem Abnehmer übernommen wird. Dieser vollführt dann in der Regel mit der Scheibe eine Schwenkbewegung nach außen und übergibt sie, mit dem noch anhaftenden Rest der Schneidleiste, an eine geeignete Aufnahmeeinrichtung, wie etwa eine Prozeßhorde oder Ablage, um die Scheiben dem näch­ sten Prozeßschritt zuführen zu können, in dem beispielsweise der anhaftende Schneidleistenrest entfernt oder der verblie­ bene Sägeschlamm abgespült werden kann.

In manchen Fällen kann es jedoch, ausgelöst durch Effekte wie Scheibenverformung oder wechselnde Druckverhältnisse zwischen Sägeblatt und Scheibe, dazu kommen, daß die Scheibe in der Endphase des Sägevorganges nicht ihre Ausgangsposi­ tion beibehält, sondern zum Sägeblatt gezogen wird, was im Extremfall sogar so weit führen kann, daß die Scheibe den die Sägeblattseitenfläche überziehenden Film des Kühl­ schmiermittels (in der Regel eine wäßrige tensidhaltige Lö­ sung) abstreift und dadurch besonders fest am Sägeblatt haftet. Dadurch kann sich aber zwischen Vakuumabnehmervor­ richtung und Scheibe nicht ein die erforderliche Mindesthal­ tekraft besitzendes Vakuum aufbauen, so daß spätestens beim vollständigen Durchtrennen der Schneidleiste die Scheibe durch die Wirkung des rotierenden Sägeblattes unkontrolliert abgeschleudert wird und in den meisten Fällen zu Bruch geht. Der Sägevorgang muß dann unterbrochen werden, um die Schei­ benbruchstücke zu entfernen und die Anordnung wieder in einen betriebsbereiten Zustand zu versetzen. Solche Zeitver­ luste und Maschinenstillstandzeiten sind jedoch schon aus wirtschaftlichen Gründen nicht tragbar.

Vielfach wird daher anstelle der Entnahme von einzelnen Scheiben beim Innenlochsägen der sogenannte "Kammschnitt" gefahren, bei dem die Schneidleiste bei jedem Schnitt nicht vollständig durchtrennt wird, so daß die Scheiben wie die Zinken eines Kammes hintereinander stehend jeweils mit einem schmalen Steg mit der Schneidleiste verbunden bleiben. Erst nach etwa 5 bis 30 Sägevorgängen wird bei einem durchgehen­ den Schnitt die Schneidleiste vollständig durchtrennt und mitsamt den aufstehenden Scheiben entnommen. Danach wird die noch verbliebene Verbindung zwischen den Scheiben und der Schneidleiste gelöst, z. B. durch mechanisches Abtrennen oder Ablösen mittels Lösungsmittel, bis schließlich die einzelnen Scheiben zur Verfügung stehen. Bei dem genannten Kammschnitt können jedoch die bereits abgetrennten, in einer verhältnis­ mäßig instabilen Lage befindlichen Scheiben in Kontakt mit der Sägeblattrückseite kommen und durch dabei entstehende Ausbrüche beschädigt werden. In ungünstigen Fällen kann es auch hier zum Abschleudern einzelner Scheiben kommen. Darüber hinaus ist die Entnahme schwierig und die anschlies­ sende Auftrennung in Einzelscheiben nicht vollständig au­ tomatisierbar. Dies gilt auch für die Verfahren gemäß US-PS 42 27 348 oder US-PS 43 26 494, bei denen durch einen Fluid- Impuls die nur noch über einen dünnen Steg mit der Schneid­ leiste verbundenen Scheiben vom Sägeblatt weg und gegen einen zusätzlichen Haltebügel gelehnt werden.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren anzuge­ ben, nach dem sich beim Innenlochsägen dünne Scheiben ein­ zeln von den Werkstücken abtrennen und entnehmen lassen, und bei dem sich die in der Endphase des Schnittes und bei der Scheibenentnahme auftretenden Risiken weiter reduzieren las­ sen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Für die Überwachung des Vakuums eignen sich insbesondere die in der Technik als Vakuumschalter oder Druckschalter bzw. Unterdruckschalter bezeichneten Geräte, die üblicherweise in Fällen eingesetzt werden, in denen das Erreichen eines vor­ gegebenen Unterdruck- bzw. Vakuum-Mindestwertes zu über­ wachen ist. Derartige Vorrichtungen werden im Handel angeboten und sind dem Fachmann bekannt. Ihr Funktionsprin­ zip besteht im allgemeinen darin, daß mit Hilfe eines oder mehrerer Drucksensoren, z. B. auf Membran- oder Halbleiterba­ sis, der Druckverlauf verfolgt wird und bei Erreichen bzw. Nichterreichen eines mit Hilfe einer Einstellmöglichkeit vorgegebenen Soll- oder Grenzwertes ein bestimmter Schaltzu­ stand einer Schalteinrichtung erreicht oder ein Signal aus­ gelöst wird, welches dann von einer Steuereinheit in Steuerimpulse für nachgeschaltete Funktionselemente umge­ setzt werden kann. Beispielsweise kann die Membran in einer z. B. über eine Einstellschraube vorgegebenen und einem be­ stimmten Unterdruck entsprechenden Auslöseposition einen mechanischen und/oder elektrischen Impuls bewirken, der sei­ nerseits dann weitere Steuer- oder Regelvorgänge auslösen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein solcher Vakuum­ schalter in dem Leitungssystem vorgesehen, mit dessen Hilfe das Vakuum am Einsatzort, also dort, wo das Abnehmerkopfteil in Wechselwirkung mit der in Abtrennung befindlichen Scheibe tritt, erzeugt wird. Allgemein haben sich bei den gängigen Vakuumabnehmern und Scheibengrößen im Durchmesserbereich von ca. 75 bis 200 mm Vakuumwerte unterhalb etwa 400 hPa als für eine zuverlässige Scheibenabnahme geeignet erwiesen. In den meisten Fällen können die jeweils im konkret vorliegenden System Scheibe/Abnehmer erforderlichen Werte den Hersteller­ angaben entnommen werden oder lassen sich leicht an Hand von Vorversuchen ermitteln. Daraus ergibt sich auch der Mindest­ wert des Vakuums, der eine sichere Halterung jeder störungs­ frei abgetrennten Scheibe gewährleistet und welcher, gegebenenfalls unter Einbeziehung einer zusätzlichen Sicher­ heitsvorgabe, zweckmäßig der Einstellung des Vakuumschalters zugrundegelegt wird.

Der eigentliche Sägevorgang kann grundsätzlich in der be­ kannten und üblichen Weise, und mit den der jeweils einge­ setzten Sägemaschine angepaßten Verfahrensparametern durchgeführt werden.

An Hand der Fig. 1 und 2 wird nachstehend der Verfahrens­ verlauf in der Endphase des Sägevorganges sowie eine mög­ liche Ausführungsform einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Innenlochsägeanord­ nung erläutert. Einander entsprechende Bestandteile sind da­ bei mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine in der Endphase eines Sägevorganges befindliche, zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Innenlochsä­ geanordnung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Frontalansicht einer solchen Anordnung in derselben Phase des Sägevorganges.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Phase des Verfahrens ist der in an sich bekannter Weise durchgeführte Sägevorgang be­ reits bis in die Endphase fortgeschritten. Dabei hat sich das Sägeblatt 1, dessen Innenloch von der in der Regel aus in eine Nickelbeschichtung eingebetteten Diamantkörnern ge­ bildeten Schneidkante 2 umgeben ist, durch das Werkstück 3, beispielsweise einen Siliciumstab, so weit durchgearbeitet, daß die Scheibe 4 nahezu vollständig abgetrennt ist und die Schneidkante 2 in die beispielsweise aus Keramik, Graphit oder Kohle bestehende Schneidleiste 5 einzudringen beginnt, auf welche das Werkstück aufgekittet ist und über welche ge­ gebenenfalls die Fixierung auf dem Werkstücktisch 6 erfolgen kann, falls diese nicht gemäß einer anderen ebenfalls mög­ lichen bekannten Ausführungsform über eine Stirnseite des Werkstückes vorgenommen wird. Jeweils nach abgeschlossenem Abtrennen einer Scheibe führt das Werkstück 3 eine Zustell­ bewegung aus, die es in die geeignete Ausgangsposition für den nächsten Sägevorgang bringt, in dem eine weitere Scheibe abgetrennt wird.

Bei einer vorgegebenen Eindringtiefe der Schneidkante, die in der Regel wähl- und einstellbar ist, und zumeist zwischen den beiden Grenzwerten gewählt wird, bei denen die Schneid­ kante in die Schneidleiste zu sägen beginnt oder sich voll­ ständig durch das Werkstück gearbeitet hat, wird ohne Unterbrechung des Trennvorganges und im allgemeinen automa­ tisch aus einer Ruhestellung außerhalb des Sägebereiches ein Vakuumabnehmer 7 in seine Arbeitsposition gebracht, in der seine Arbeitsfläche in geringer Entfernung (zumeist bis zu etwa 1 mm) und im wesentlichen parallel zu der in Abtrennung befindlichen Scheibe 4 angeordnet ist. Mit Hilfe des Vakuum­ systems 8, dessen Leitungen und Ansaugöffnungen hier ebenso wie das Pump- bzw. Saugsystem 9 nur schematisch angedeutet sind, wird nun im Zwischenraum zwischen der Scheibe 4 und der Arbeitsfläche des Vakuumabnehmers 7 ein Unterdruck erzeugt, der die Scheibe nach dem vollständigen Abtrennen am Abnehmer hält und es erlaubt, sie aus dem Sägebereich wegzu­ transportieren. Bei den gängigen Vakuumabnehmern, wie sie üblicherweise im Einsatz sind, liegen die für eine einwand­ freie Funktion erforderlichen Mindestunterdrücke typisch un­ terhalb etwa 400 hPa. Der Zeitpunkt, zu dem das Vakuumsystem in Funktion tritt, kann verschieden gewählt werden; dies kann bereits während des Einschwenkens oder Heranfahrens des Abnehmers in die Arbeitsposition, vorteilhaft aber erst nach deren Erreichen bei einer bestimmten, vorgegebenen Eindring­ tiefe der Schneidkante in das Werkstück bzw. die Schneid­ leiste geschehen. Zweckmäßig wird der optimale Zeitpunkt in Vorversuchen ermittelt.

Erfindungsgemäß ist in dem Vakuumsystem 8, und zwar vorzugs­ weise in einer Position möglichst nahe zum eigentlichen Ab­ nehmersystem, ein Vakuum- oder Unterdruckschalter 10 vorgesehen. Dieser ist auf einen für die jeweilige Anordnung z. B. herstellerseitig vorgegebenen und/oder in Vorversuchen ermittelten Mindestwert des Unterdruckes eingestellt, von dem ab die Scheiben einwandfrei gehalten und abgenommen wer­ den und somit eine ausreichende Haltekraft gewährleistet ist, wobei dieser Wert bei wechselnden Scheibenmaßen gegebe­ nenfalls auch variieren kann. Der Einstellwert wird in der Regel innerhalb oder knapp oberhalb des oben genannten Min­ destunterdruckbereiches gewählt.

Vom Vakuumschalter 10 gelangt das dem jeweiligen Vakuumwert entsprechende, das Überschreiten bzw. Erreichen oder das Nichterreichen des vorgegebenen Mindestwertes anzeigende Schaltsignal zu der Steuereinheit 11, welche im ersteren Fall den Trennvorgang in der üblichen Weise weiterlaufen lassen kann, d. h. die Vorschubbewegung zwischen Werkstück und Sägeblatt schreitet fort, bis die Scheibe vollständig abgetrennt ist und vom Abnehmer übernommen wird. Im letzte­ ren Fall hingegen, in dem sich z. B. aus den einleitend ge­ nannten Gründen wie etwa Anhaften der Scheibe am Sägeblatt, das erforderliche Vakuum zwischen Scheibe und Abnehmer nicht aufbauen kann und ein entsprechendes Signal des Vakuumschal­ ters nicht empfangen wird, greift die Steuereinheit in den Trennvorgang ein und unterbricht die Vorschubbewegung. Somit wird die Verbindung Scheibe/Schneidleiste nicht mehr voll­ ständig durchtrennt, und die Gefahr des Abschleuderns der Scheibe ist entsprechend verringert.

Grundsätzlich kann nun durch Eingreifen des Operateurs die Scheibe von Hand entnommen werden, wobei es gegebenenfalls vorher erforderlich sein kann, das Sägeblatt in seine Aus­ gangsstellung zurückzufahren. Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, die Scheibe mittels manuell bedienter Hilfs­ mittel, z. B. Sauger, in Richtung Abnehmervorrichtung zu zie­ hen, so daß sich eventuell das erforderliche Vakuum doch noch aufbauen kann. Bisweilen trennt sich auch die Scheibe nach einigen Sekunden selbständig vom Sägeblatt und kann dann vom Abnehmer angesaugt werden. Hat sich dadurch das er­ forderliche Mindestvakuum aufgebaut, geht der Vakuumschalter in den entsprechenden Schaltzustand über, so daß nach Empfang des Schaltsignals die Steuereinheit den Vorschub freigeben und der Trennvorgang in üblicher Weise zuende ge­ führt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zumindest bei Nichterreichen des vorgegebenen Mindestwertes des Vakuums dem Sägeblatt 1 außerhalb des Sägespaltes 12 vorzugsweise einlaufseitig (d. h. vor dem Eintreten in den Sägespalt) mit Hilfe mindestens einer auf das Sägeblatt ge­ richteten Düse 13 ein Druckimpuls, vorteilhaft ein Gas­ druckimpuls, aufgegeben, welcher solange aufrechterhalten wird, bis das Vakuum den vorgegebenen Mindestwert zumindest erreicht hat. Dann hat sich nämlich unter dem Einfluß des Druckimpulses, vorteilhaft Gasdruckimpulses, die Scheibe vom Sägeblatt wieder abgelöst und befindet sich in solcher Nähe zur Vakuumabnehmervorrichtung, daß sich eine ausreichende Haltekraft ergibt. Danach läßt sich der Sägevorgang in an sich bekannter Weise fortsetzen.

Obwohl ein solcher Druckimpuls grundsätzlich auch von Hand gesteuert aufgegeben werden kann, eignet sich der Vorgang ausgezeichnet zur Automatisierung. Der Prozeßverlauf kann im einen bevorzugten Grenzfall so eingestellt und gesteuert sein, daß der Druckimpuls nur bei Nichterreichen des vorge­ gebenen Mindestwertes des Vakuums ausgelöst wird. Im anderen Grenzfall kann der Prozeß so geführt sein, daß der Druckim­ puls in jedem Fall ausgelöst wird, wenn der Sägevorgang in seine Endphase eintritt und die Schneidkante vollständig in die Schneidleiste eingedrungen ist. Diese Ausführungsform hat sich insbesondere in den Fällen bewährt, in denen die Gefahr des Zusetzens der Düse bei langen Ruhezeiten gegeben ist, beispielsweise wenn sie bei liegender Sägeblattanord­ nung der Einwirkung von abfließendem Kühlschmiermittels aus­ gesetzt ist. Selbstverständlich sind zwischen diesen beiden Grenzfällen liegende Ausführungsformen nicht ausgeschlossen.

Wichtig ist, daß der Druckimpuls erst dann zur Einwirkung auf die Sägeblattseitenfläche kommt, wenn die Schneidkante vollständig in die Schneidleiste eingedrungen ist. Andern­ falls kann es nämlich leicht zur Ausbildung von Riefen in der Rückseite der in Abtrennung befindlichen Scheibe und/oder der entstehenden Werkstückstirnfläche kommen, wenn sich die Schneidkante noch im Werkstück befindet und auf­ grund des Druckimpulses auf die Sägeblattseitenfläche eine leichte Auslenkung erfährt.

Als Medium für die Erzeugung des Druckimpulses eignen sich grundsätzlich Fluide, insbesondere Gase, wobei anstelle der schon aus Kostengründen bevorzugt eingesetzten Druckluft auch andere Gase wie z. B. Stickstoff oder Argon in Frage kommen. Vorteilhaft werden sie mit Drücken von 100 bis 1000 kPa bereitgestellt, wobei gegebenenfall die Sicherheitsvor­ schriften für den Überdruckbereich zu beachten sind. Weiter­ hin lassen sich auch Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, einsetzen.

In dem Fall, in dem die Steuereinheit 11 vom Vakuumschalter das auf Nichterreichen des erforderlichen Vakuums hinweisen­ de Signal erhält, wird nicht nur der Vorschub gestoppt, son­ dern gleichzeitig die Düse 13 mit Fluid, insbesondere Gas, vorzugsweise Druckluft, beaufschlagt. Dies kann durch Öffnen eines in ein geeignetes Überdrucksystem eingeschalteten, z. B. elektrisch öffen- und verschließbaren sowie gegebenen­ falls auch regelbaren Ventils 14 geschehen, welches den Zu­ tritt eines unter Druck bereitgestellten Gases zur Düse ermöglicht. Der Druckimpuls, der kontinuierlich oder gepulst aufgegeben werden kann, bewirkt im allgemeinen nach wenigen Sekunden Dauer, daß sich die Scheibe vom Sägeblatt löst und in den Wirkungsbereich des Vakuumabnehmers gelangt, so daß sich nunmehr das erforderliche Mindestvakuum aufbauen kann. Wenn der Vakuumschalter dies nun, durch Übergang in den ent­ sprechenden Schaltzustand, der Steuereinheit anzeigt, kann diese die Unterbrechung der Vorschubbewegung aufheben und gleichzeitig auch die Beaufschlagung der Düse 13 mit Fluid, insbesondere Gas, vorzugsweise Druckluft beenden. Der Trenn­ vorgang wird dann in der üblichen Weise zuende geführt, d.h. die Scheibe vollständig abgetrennt, vom Abnehmer übernommen und wegtransportiert. Danach kann die Anordnung in die Aus­ gangstellung für den nächsten Trennvorgang gebracht werden.

Obwohl grundsätzlich auch der Einsatz von aus mehreren Ein­ zeldüsen bestehenden Düsensystemen nicht ausgeschlossen ist und beispielsweise bei Scheibendurchmessern oberhalb 200 mm erforderlich werden kann, hat es sich schon aus Gründen des Raumbedarfs als günstig erwiesen, möglichst wenige, insbe­ sondere eine einzelne Düse vorzusehen. Dabei wurde gefunden, daß Ein- oder Mehrdüsensysteme sich durch besonders hohe Wirksamkeit auszeichnen, wenn die Düsen senkrecht auf das Sägeblatt gerichtet sind, wobei darunter insbesondere eine einen genau zum Einfallslot auf die Sägeblattseitenfläche parallelen Einfall des von der Düsenöffnung ausgehenden Gas­ strahles ermöglichende Düsenorientierung zu verstehen ist, jedoch auch eine von dieser idealen Ausrichtung um bis zu ±5° abweichende. Neben dieser bevorzugten sind jedoch auch von der Senkrechten weiter abweichende Düsenausrichtungen möglich, wobei sich Abweichungen um ±30° noch als im Grunde geeignet erwiesen haben.

Bewährt haben sich Düsenöffnungen mit Durchmessern im Be­ reich von 1 bis 4 mm. Gute Ergebnisse lassen sich erfahrungsgemäß erzielen, wenn die mindestens eine Düse so angeordnet wird, daß der Abstand zwischen der Sägeblattsei­ tenfläche und der Düsenöffnung 2 bis 20, vorzugsweise 3 bis 6 mm beträgt.

In der in Fig. 2 schematisch dargestellten Frontalansicht der Anordnung befindet sich der Trennvorgang ebenfalls in der Endphase, d. h. das rotierende Sägeblatt 1 hat sich mit seiner Schneidkante 2 in die auf dem Werkstücktisch 6 be­ festigte Schneidleiste 5 eingearbeitet. Der Vakuumabnehmer 7 ist in die Arbeitsstellung geschwenkt, um die Scheibe 4 nach dem endgültigen Durchtrennen der Schneidleiste übernehmen und wegführen zu können. Gemäß einer vorteilhaften Ausfüh­ rungsform der Erfindung in die Vakuumabnehmervorrichtung 7 integriert ist die Düse 13 sowie das Zuleitungssystem 14, mit dessen Hilfe das benötigte Gas bzw. die Druckluft heran­ geführt wird. Gleichfalls möglich sind jedoch auch Anord­ nungen, bei denen Düse und Zuleitungssystem separat und vom Abnehmersystem getrennt sind oder auch solche, bei denen z. B. im Rahmen einer Nachrüstung bereits vorhandener Innen­ lochsägemaschinen, nachträglich ein zusätzliches Zuleitungs­ sytem nebst Düse am Vakuumabnehmer angebracht wurde.

Günstig wird die mindestens eine Düse so angeordnet, daß der von ihr ausgehende Gasdruckimpuls eingangsseitig zum Säge­ spalt in dem Bereich auf das Sägeblatt aufgegeben wird, der von der Schneidkante, der Schneidleiste, der Werkstückman­ telfläche sowie der in Vorschubrichtung an das Werkstück ge­ legten Tangente umgeben ist. Dabei wurde gefunden, daß eine besonders zuverlässige Ablösung der Scheibe vom Sägeblatt erreicht werden kann, wenn die Düse so ausgerichtet ist, daß ihre Öffnung sich, wenn sie in Funktion tritt, bis zu etwa 10 mm, bevorzugt bis zu etwa 6 mm oberhalb einer senkrecht zur Vorschubrichtung an den Innenrand des Sägeblattes geleg­ ten Tangente befindet und in etwa 2 bis 10 mm, vorteilhaft 2 bis 5 mm Entfernung von der Seitenkante der Schneidleiste, wobei natürlich zusätzlich auch der weiter oben genannte Ab­ standsbereich Düsenöffnung/Sägeblattseitenfläche zu berück­ sichtigen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Vorrichtung zu seiner Durchführung ermöglichen es, weitgehend störungsfrei mit Hilfe von Innenlochsägen stabförmige Werkstücke, insbe­ sondere aus Halbleitermaterial, in Scheiben zu zersägen und dabei nach jedem Trennvorgang die dabei abgetrennte Scheibe einzeln zu entnehmen und der weiteren Verwendung zuzuführen. Der Vorteil der besonderen Ausführungsform liegt darin, daß sie in einfacher Weise die Automatisierung des Verfahrens gestattet und dabei als wesentliche Steuergröße nur das leicht zu überwachende, zwischen Scheibe und Abnehmersystem sich aufbauende Vakuum benötigt, wobei des weiteren durch die Anwendung der Druckgasimpulse ein effektives Mittel zur Beseitigung von Störungen zur Verfügung steht.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert:

Beispiel

Bei dem Verfahren wurde eine handelsübliche, mit einem Va­ kuumabnehmersystem zur Einzelscheibenentnahme ausgerüstete Anordnung zum Innenlochsägen eingesetzt, deren Funktions­ weise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung entsprach. Die Scheibenentnahme erfolgte jeweils mit dem in Arbeitsstellung geschwenkten Abnehmerarm, welcher die Scheiben mit Hilfe von zwei mit Vakuumöffnungen versehenen Stegen fixierte. Die Va­ kuumleitungen waren in den Abnehmerarm integriert; das Va­ kuum wurde mittels einer üblichen Vakuumpumpe bereitgestellt, wobei der Arbeitsdruck bei etwa 250 hPa lag. Mittels eines Steuerventils konnte das Vakuum zur Übernahme einer Scheibe angelegt sowie zu deren Freigabe abgeschaltet werden.

Die zum Abnehmerteller des Abnehmerarmes führende Vakuumlei­ tung war an einen handelsüblichen Unterdruckschalter als Va­ kuumschalter angeschlossen. Dieser enthielt als druckempfindliches Medium eine verformbare Membran, die bei Unterschreiten eines bestimmten Unterdruckes in Kontakt mit einer einstellbaren Stellschraube kam, wodurch ein mechani­ sches Signal ausgelöst wurde, welches nach Umformung als elektrischer Steuerimpuls von der den Sägevorgang regelnden Steuereinheit registriert wurde. Der Schaltpunkt des Vakuum­ schalters war mit Hilfe der Stellschraube auf ein Mindestva­ kuum von ca. 450 hPa eingestellt und lag damit knapp oberhalb des in Vorversuchen für eine zuverlässige Schei­ benübernahme noch als ausreichend ermittelten Grenzbereiches von 400-430 hPa.

Zusätzlich war am Abnehmerarm eine Druckluftleitung ange­ bracht worden, die in einer Düse endete, aus welcher ein senkrecht auf die Sägeblattseitenfläche gerichteter Gas­ druckimpuls freigesetzt werden konnte. Diese Düse war so am Abnehmerteller des Abnehmerarmes angebracht, daß in dessen Arbeitsstellung der von ihr ausgehende Gasstrom in einem Be­ reich auf das Sägeblatt traf, der einlaufseitig zum Säge­ spalt ca. 5 mm oberhalb der senkrecht zur Vorschubrichtung an das Innenloch des Sägeblattes gelegten Tangente lag und ca. 3 mm von der Seitenkante der Schneidleiste entfernt war. Der Durchmesser der runden Düsenöffnung betrug ca. 2 mm, ihr Abstand zur Sägeblattseitenfläche ca. 5 mm. Die Druckluftzu­ fuhr zur Düse konnte mit Hilfe eines von der Steuereinheit angesteuerten Regelventils unterbrochen bzw. freigegeben werden. Der Druck im Leitungssystem lag bei ca. 5500 hPa.

Die Steuereinheit war so programmiert, daß in der Endphase eines jeden Trennvorganges dann, wenn die Vorschubbewegung zwischen Werkstück und Sägeblatt so weit fortgeschritten war, daß die Schneidkante das Werkstück vollständig durch­ trennt hatte und zur Gänze in die Schneidleiste eingedrungen war, der Vakuumabnehmer aus seiner Ruhestellung in die Ar­ beitsstellung am Werkstück geschwenkt und daraufhin Vakuum angelegt wurde.

Je nachdem, ob nun der Vakuumschalter durch sein Signal an die Steuereinheit das Erreichen oder Nichterreichen des ein­ gestellten Mindestvakuumwertes anzeigte, wurde der Sägevor­ gang auf verschiedene Weise fortgesetzt: Im ersteren, dem ungestörten Standardfall, wurde die Vorschubbewegung wie üb­ lich bis zum Ende weitergeführt und die abgetrennte Scheibe dann vom Abnehmer aus dem Sägebereich geschwenkt und an eine Ablage übergeben. Danach bewegte sich der Abnehmer in die Ruhestellung, während der nächste Trennvorgang eingeleitet wurde. Im letzteren Fall, d. h. bei Nichterreichen des einge­ stellten Mindestwertes des Vakuums, wurde bei weiterrotie­ rendem Sägeblatt die Vorschubbewegung gestoppt und zugleich durch einen Schaltimpuls der Steuereinheit das bisher ge­ schlossene Regelventil zum Druckluftsystem geöffnet und so­ mit die Druckluftzufuhr zur Düse in Gang gesetzt. Das Steuerventil in der Vakuumleitung blieb ebenfalls geöffnet, so daß weiterhin Vakuum am Abnehmerteller anlag.

Die Druckluftzufuhr blieb so lange aufrecht, bis der Vakuum­ schalter das Erreichen bzw. Überschreiten des vorgegebenen Mindestvakuumwertes anzeigte und es somit gelungen war, durch die Wirkung des Druckimpulses auf die Sägeblattseiten­ fläche die dort angesaugte Scheibe wieder abzulösen und der Haltewirkung des Abnehmers zugänglich zu machen. Nach Empfang des entsprechenden Signals wurde von der Steuerein­ heit das Regelventil zum Druckluftsystem geschlossen und die Vorschubbewegung erneut freigegeben. Danach lief der Sä­ gevorgang in der üblichen Weise weiter, d. h. nach vollstän­ digem Durchtrennen der Schneidleiste wurde die Scheibe vom Vakuumabnehmer gehalten und aus dem Sägebereich zu einer Ab­ lage geschwenkt und übergeben. Danach nahm der Abnehmer die Ruhestellung ein und verblieb dort bei unterbrochenem Va­ kuum, bis er wieder in die Arbeitsstellung übergeführt wur­ de, als der nächste Trennvorgang in die Endphase eintrat.

In der solcherart gestalteten Anordnung und nach dem genann­ ten Verfahren wurden mehrere einkristalline Siliciumstäbe (Durchmesser ca. 150 mm, Länge ca. 300 mm) in Scheiben von ca. 850 µm Dicke zersägt. Die Stäbe waren dabei mittels Epo­ xidharz auf eine Schneidleiste aus Kohle (Dicke ca. 10 mm, Breite ca. 70 mm, Länge ca. 300 mm) aufgekittet und über eine Stirnfläche in die Werkstückhalterung eingespannt. Das Sägeblatt (gewalzter Stahl, Dicke ca. 150 µm, Außendurchmes­ ser ca. 860 mm, Innenlochdurchmesser ca. 235 mm) war an seinem Innenumfang mit einer Schneidkante aus in eine Nickelbeschichtung eingebetteten Diamantkörnern versehen. Die Höhe des Schneidbelages betrug ca. 2 mm; damit war ge­ sichert, daß in der Endphase des Trennvorganges auch bei ih­ rem vollständigen Eindringen der Schneidkante in die Schneidleiste noch ein genügend stabiler Rest der Schneid­ leiste vorhanden war.

Beim Trennvorgang wurde in der üblichen Art über die Säge­ blattseitenfläche in den Sägespalt ein Kühlschmiermittel (Wasser/Tensidmischung) eingespeist, welches zur Abführung der Wärme und zum Ausschwemmen des abgetragenen Materials diente.

Insgesamt wurden in der beschriebenen Art unter Produktions­ bedingungen (jeweils Acht-Stunden-Schichten) insgesamt ca. 10 000 Siliciumscheiben der oben genannten Spezifikation ge­ sägt.

In einer ansonsten gleichen Anordnung, die jedoch nicht mit einer Möglichkeit zum Aufgeben eines Druckimpulses auf die Sägeblattseitenfläche ausgerüstet war, und zwar über einen Vakuumschalter verfügte, nicht jedoch über die Unterbrechung der Vorschubbewegung bei Nichterreichen des erforderlichen Mindestvakuums, sondern dies lediglich über eine aufleuch­ tende Warnlampe dem Operateur anzeigte, wurden in einem Ver­ gleichstest unter gleichen Bedingungen einkristalline Siliciumstäbe der gleichen Spezifikation in ebenfalls ca. 10 000 Scheiben zersägt. Auch wenn das erforderliche Mindestva­ kuum nicht erreicht wurde, lief der Sägevorgang dabei also bis zum vollständigen Abtrennen der Scheibe weiter und wurde erst vor dem nächsten Zustellschritt gestoppt, um dem Opera­ teur Gelegenheit zur Überprüfung und gegebebenenfalls Ent­ fernung von Scheibenresten und Wiederanfahren zu geben.

Eine Auswertung der aus beiden Versuchsreihen resultierenden Daten ergab, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zu seiner Durchführung geeigneten Vorrichtung sich eine um 2.5% erhöhte Sägeausbeute ergab. Um den gleichen Prozentsatz erhöhte sich auch die Schichtleistung. Überra­ schenderweise konnte auch festgestellt werden, daß die Schneidkante des Sägeblattes um ca. 20% weniger häufig nachgeschärft werden mußte und dementsprechend die Säge­ blattstandzeit verlängert war.

Claims (10)

1. Verfahren zum Innenlochsägen von stabförmigen Werk­ stücken, insbesondere Halbleiterstäben, bei dem Scheibe für Scheibe von einem auf eine Schneidleiste aufgekitte­ ten Werkstück in der Weise abgetrennt wird, daß durch eine Vorschubbewegung zwischen Werkstück und rotierendem Sägeblatt sich dessen Schneidkante unter Kühlschmiermit­ telzufuhr durch das Werkstück arbeitet, wobei in der Endphase des Sägevorganges bei oder nach dem vollständi­ gen Durchtrennen des Werkstückes und vor dem endgültigen Durchtrennen der Schneidleiste eine Vakuumabnehmervor­ richtung an die Scheibe herangeführt wird, mit der ein die erforderliche Haltekraft bewirkendes Vakuum erzeugt und die Scheibe nach vollständigem Abtrennen entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Vakuum überwacht und bei Nichterreichen eines vorgegebenen Min­ destwertes die Vorschubbewegung zwischen Werkstück und Sägeblatt gestoppt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem vollständigen Durchtrennen des Werk­ stückes zumindest bei Nichterreichen des vorgegebe­ nen Mindestwertes des Vakuums dem Sägeblatt außerhalb des Sägespaltes vorzugsweise einlaufseitig mit Hilfe mindestens einer auf das Sägeblatt gerich­ teten Düse ein Druckimpuls aufgegeben wird, welcher solange aufrechterhalten wird, bis das Vakuum den vorgegebenen Mindestwert zumindest erreicht hat, und danach der Sägevorgang in an sich bekannter Weise fortgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Düse senkrecht auf das Säge­ blatt gerichtet ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mindestens eine Düse so an­ geordnet ist, daß der Druckimpuls in einem Bereich auf das Sägeblatt aufgegeben wird, der von der Schneidkante, der Schneidleiste, der Werkstückman­ telfläche sowie der in Vorschubrichtung an das Werk­ stück gelegten Tangente umgeben ist.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckim­ puls als Gas-, insbesondere Luftdruckimpuls aufgege­ ben wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, welche einen zur Aufnahme eines mit einer Schneidleiste verbundenen Werkstückes geeigneten Werkstücktisch, ein rotierendes, an seinem Innenumfang eine Schneid­ kante aufweisendes Innenlochsägeblatt, ein aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung an das Werk­ stück bewegbares, zur Übernahme von abgetrennten Scheiben geeignetes Vakuumabnehmersystem sowie eine auf eine Vorschubbewegung zwischen Innenlochsäge­ blatt und Werkstücktisch einwirkende Steuereinheit beinhaltet, gekennzeichnet durch einen in das Vaku­ umabnehmersystem eingeschalteten, einstellbaren Va­ kuumschalter, der ein das Unter- oder Überschreiten eines bestimmten Mindestvakuumwertes anzeigendes Signal an die Steuereinheit liefert, welche nach Maßgabe dieses Signals eine Unterbrechung oder Wei­ terführung der Vorschubbewegung bewirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens eine einlaufseitig außerhalb des Säge­ spaltes auf die Sägeblattseitenfläche gerichtete, an ein Druckfluidsystem angeschlossene Düse mit da­ zwischengeschaltetem Ventil, welches durch die Steuereinheit vom geschlossenen in den geöffneten Zustand überführt werden kann, wobei diese Überfüh­ rung nach dem vollständigen Eindringen der Schneid­ kante in die Schneidleiste zumindest dann erfolgt, wenn das Signal des Vakuumschalters das Unter­ schreiten des bestimmten Vakuumwertes anzeigt.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Düse senk­ recht auf die Sägeblattseitenfläche gerichtet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Düse in einem Bereich auf die Sägeblattseiten­ fläche gerichtet ist, der von der Schneidkante, der Schneidleiste, der Werkstückoberfläche sowie der in Vorschubrichtung an das Werkstück gelegten Tangente umgeben ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung der mindestens einen Düse in einem Abstand von 2 bis 20 mm von der Sägeblattseitenfläche angeordnet ist.