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Allgemeiner
Stand der Technik
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Diese
Erfindung betrifft allgemein das Schneiden einkristalliner Halbleiterbarren
in eine Vielzahl von Wafern, und insbesondere eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum simultanen Scheibenschneiden von mindestens zwei
Halbleiterbarren, um den Durchsatz zu verbessern.
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Halbleiterwafer
werden allgemein aus einem einkristallinen Barren hergestellt, z.B.
einem Siliziumbarren, der eine Zylinderform aufweist. Der Barren wird
in einer Richtung senkrecht zu seiner Längsachse zerschnitten, um bis
zu mehrere hundert dünne, scheibenförmige Wafer
zu erzeugen. Die Schneideoperation kann mit Hilfe einer Drahtsäge durchgeführt werden,
wobei der Barren in Kontakt mit einem sich hin und her bewegenden
Draht gebracht wird, während
eine flüssige
Aufschlämmung,
die Schleifkörner enthält, einem
Kontaktbereich zwischen dem Barren und dem Draht zugeführt wird.
Während
die Schleifpartikel in der Aufschlämmung von dem Draht gegen den
Barren gerieben werden, wird Siliziumkristall entfernt, und der
Barren wird allmählich
zerschnitten. Die Drahtsäge
stellt ein sanftes mechanisches Verfahren zum Scheibenschneiden
bereit, weshalb sie ideal für
das Schneiden von Siliziumkristall ist, welcher spröde ist und
von anderen Sägentypen
(z.B. üblichen
Innenlochsägen)
beschädigt
werden kann. Nach dem Scheibenschneiden wird jeder Wafer einer Reihe
von Verarbeitungsoperationen unterzogen, um seine Dicke zu reduzieren,
Beschädigungen
zu beseitigen, die von der Schneideoperation verursacht wurden,
und eine flache und hoch reflektierende Fläche zu erzeugen, die zur Installation
integrierter Schaltvorrichtungen geeignet ist.
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Drahtsägen weisen
im Allgemeinen drei oder vier Rollen auf, die drehbar an einem Rahmen
montiert sind, wobei jede Rolle Führungsnuten zum Aufnehmen von
Drahtsegmenten aufweist. Eine Vielzahl paralleler Längenstücke des
Drahtes erstrecken sich zwischen zwei Rollen, um ein Drahtnetz zum
Zerschneiden des Barrens in eine Vielzahl von Wafern zu bil den.
Der Raum zwischen benachbarten Drähten im Netz entspricht im
Allgemeinen der Dicke eines Wafers vor der Verarbeitung. Die Vorrichtung weist
einen Barrenträger
auf, auf dem ein Siliziumbarren angeordnet sein kann, und der zur
präzisen Ausrichtung
einer Orientierung der Kristallstruktur des Barrens relativ zu einer
Schneideebene justierbar ist. Der Träger ist verschiebbar, um den
Barren in Kontakt mit dem Drahtnetz zu bringen. Ein Beispiel für eine Drahtsäge des Stands
der Technik ist in US-Patentschrift 5,904,136 offenbart, und ein
System zum Scheibenschneiden von Wafern ist in US-Patentschrift
4,191,159 dargestellt.
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Von
einem in der Nähe
angeordneten Aufschlämmungsbehälter wird
durch eine Pumpe Aufschlämmung
zum Draht transportiert, und wenigstens eine Düse gibt Aufschlämmung an
das Drahtnetz ab. Ein Teil der Aufschlämmung bewegt sich dann mit
dem Draht in einen Kontaktbereich zwischen dem Draht und dem Barren,
wo der Siliziumkristall geschnitten wird. Typischerweise sind zwei Düsen an gegenüberliegenden
Seiten des Barrenhalters angeordnet, so dass zu beiden Seiten des Barrens
Aufschlämmung
an das Netz abgegeben wird, was die Abgabe der Aufschlämmung an
die Schneideregion in jeder Bewegungsrichtung des sich hin und her
bewegenden Drahtes erleichtert. Jede Düse ist mit geringem Abstand über dem
Drahtnetz angeordnet und dazu konfiguriert, Aufschlämmung in einem
im Allgemeinen dünnen,
linearen Verteilungsmuster abzugeben, so dass ein Vorhang oder ein Film
aus Aufschlämmung
gebildet wird. Der Aufschlämmungsvorhang
erstreckt sich über
die gesamte Breite des Drahtnetzes, so dass die Aufschlämmung an
jeden Bereich des Drahts und jede Scheibe des Barrens abgegeben
wird.
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Ein
wichtiges Anliegen beim Scheibenschneiden von Halbleiterbarren ist
die Aufrechterhaltung der Flachheit der Wafer, die von der Drahtsäge geschnitten
werden. Eine Möglichkeit,
Schwankungen in der Dicke und ein Verziehen der Waferflächen zu
vermeiden, besteht in der Steuerung von Reibungswärme im Kontaktbereich,
oder der Schneideregion. Entsprechend wird die flüssige Aufschlämmung vor
ihrer Abgabe an das Drahtnetz aktiv gekühlt, so dass sie Wärme abführen kann,
während
sie die Schneideregion durchläuft.
Typischerweise ist ein Wärmetauscher
zum Kühlen
der Aufschlämmung zwischen
dem Behälter
und der Düse
angeordnet.
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Eine
Beschränkung
des Verfahrens zum Scheibenschneiden von Halbleiterbarren besteht
darin, dass es viel Zeit benötigt,
und für
die effiziente Herstellung von Wafern hinderlich sein kann. Es ist wünschenswert,
die Barren so schnell wie möglich
zu schneiden, um den Durchsatz zu erhöhen und die Kosten zu senken,
wobei allerdings das Implementieren von schnelleren Drahtsägeverfahren
Schwierigkeiten bereitet hat. Die Geschwindigkeit des Schneidedrahts
kann nicht wesentlich erhöht
werden, da dies die Temperatur in der Schneideregion erhöhen würde, was
sich ungünstig
auf die Flachheit der Wafer auswirken würde.
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US-Patentschrift
5,904,136 offenbart eine Drahtsäge
zum Scheibenschneiden mehrere Werkstücke, wobei die Werkstücke an einem
Zuführtisch angebracht
sind, damit mit dem Schneiden begonnen werden kann. Dieses Dokument
offenbart weder einen Adapter zum Halten von Aufhängungen,
noch eine Rampe mit einer Ausnehmung, die entweder eine Aufhängung frei
von dem Adapter aufnimmt, um einen einzelnen Barren anzuordnen,
oder den Adapter zum Anordnen einer Vielzahl von Barren. Ferner werden
die Werkstücke
bei der Drahtsäge
dieses Dokuments in axialer Anordnung angeordnet.
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Es
besteht also gegenwärtig
Bedarf daran, den Durchsatz von Drahtsägen zu erhöhen, ohne dabei die Qualität der geschnittenen
Wafer zu beeinträchtigen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Unter
den verschiedenen Aufgaben und Merkmalen der vorliegenden Erfindung
können
genannt werden: die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens
zum Erhöhen
des Durchsatzes beim Schneiden von Halbleiterbarren in Wafer; die Bereitstellung
einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens, wobei eine
Vielzahl von Barren gleichzeitig geschnitten wird; die Bereitstellung
einer solchen Vorrichtung und eines solchen Verfahrens, wobei flache
Waferscheiben von hoher Qualität
hergestellt werden; die Bereitstellung einer solchen Vorrichtung
und eines solchen Verfahrens, wobei eine Vielzahl von Barren von
unterschiedlicher Länge
geschnitten wird; und die Bereitstellung einer solchen Vorrichtung
und eines solchen Verfahrens, die wirtschaftlich sind.
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Im
Allgemeinen schneidet eine Drahtsäge der vorliegenden Erfindung
simultan eine Vielzahl im Allgemeinen zylinderförmiger einkristalliner Barren
in Wafer. Die Drahtsäge
umfasst einen Rahmen mit einem Schneidekopf und einem Barrenträger. Der Schneidekopf
umfasst einen Schneidedraht, der dazu angepasst ist, die Barren
zu durchschneiden, und Drahtführungsrollen,
die an dem Rahmen montiert sind, und den Draht für eine Längsbewegung des Drahts abstützen. Der
Draht wird in Bereichen zwischen benachbarten Rollen von den Rollen
getragen. Jeder Bereich weist eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler
Längenstücke von
Draht auf, um eine Vielzahl von Wafern von den Barren zu schneiden,
wobei wenigstens einer der Bereiche ein Schnittnetz definiert. Der
Barrenträger
ist dazu angepasst, wenigstens einen Barren in Reichweite des Schnittnetzes
zu tragen, wobei die Längsachsen
der Barren im Allgemeinen senkrecht zu der Längserstreckung des Drahtes im
Schnittnetz liegen. Der Rahmen trägt den Schneidekopf und den
Barrenträger,
um eine relative Bewegung zu ermöglichen,
derart, dass die Barren, die auf dem Barrenträger angeordnet sind, das Schnittnetz durchfahren,
während
der Draht in Längsrichtung
angetrieben wird, damit die Wafer durch den Draht im Wesentlichen
gleichzeitig von dem Barren abgeschnitten werden.
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In
einem anderen Aspekt schneidet ein Verfahren der vorliegenden Erfindung
mit Hilfe einer Drahtsäge,
die einen beweglichen Schneidedraht aufweist, der in allgemein parallelen
Bereichen zwischen Führungsrollen
angeordnet ist, gleichzeitig wenigstens zwei im Allgemeinen zylindrische
Halbleiterbarren in Wafer. Das Verfahren umfasst die Schritte, wenigstens
einen Barren an einem gemeinsamen Barrenträger zu montieren, so dass die
Barren in Reichweite von dem Schnittnetz angeordnet werden, und
die Längsachsen
der Barren im Allgemeinen senkrecht zu der Längserstreckung des Drahts in dem
Schnittnetz verlaufen. Der Barrenträger wird relativ zu dem Schnittnetz
bewegt, so dass die wenigstens zwei Barren in Schneideregionen,
in denen die Barren von dem Drahtnetz erfasst werden, gleichzeitig
gegen das Schnittnetz drücken.
Eine flüssige
Aufschlämmung
wird an wenigstens drei Orten an dem Drahtnetz abgegeben, wobei
die Orte zwei äußere Seiten
der Barrenschneideregionen und einen Ort zwischen jedem Barrenpaar
umfassen.
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Andere
Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden zum Teil
deutlich werden und sollen zum Teil im Folgenden dargestellt werden.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer Drahtsäge der vorliegenden
Erfindung, an der zwei Halbleiterbarren montiert sind;
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2 ist
eine schematische perspektivische Ansicht der Drahtsäge, an der
drei Barren montiert sind;
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3 ist
eine schematische perspektivische Ansicht der Drahtsäge, an der
eine Stapelanordnung mit vier Barren montiert ist;
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4 ist
eine schematische perspektivische Ansicht der Drahtsäge, an der
eine Stapelanordnung mit sechs Barren montiert ist;
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5 ist
eine vergrößerte schematische Schnittansicht
einer Struktur zum Anbringen von Barren an einem Barrenträger;
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6 ist
eine schematische erhöhte
Ansicht einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem Doppeladapter zum Halten von zwei
Barren;
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7 ist
eine schematische erhöhte
Ansicht der zweiten Ausführungsform
mit einem Dreifachadapter zum Halten von drei Barren;
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8 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einem Zentralträger mit einem einzelnen vertikalen
Element;
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9 ist
eine schematische perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform
mit einem Zentralträger
mit zwei vertikalen Elementen;
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10 ist
eine schematische Draufsicht auf ein Schnittnetz im Verhältnis zu
den Barren unterschiedlicher Länge;
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11 ist
eine schematische Draufsicht auf ein erstes Beispiel einer Paarkombination
von Barren, die keinen Zentralträger
benötigt;
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12 ist
eine schematische Draufsicht auf ein zweites Beispiel einer Paarkombination
von Barren, die keinen Zentralträger
benötigt;
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13 ist
eine schematische Draufsicht auf ein drittes Beispiel einer Paarkombination
von Barren, die keinen Zentralträger
benötigt;
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14 ist
eine schematische Draufsicht auf ein viertes Beispiel einer Paarkombination
von Barren, die keinen Zentralträger
benötigt.
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Übereinstimmende
Bezugszeichen zeigen einander entsprechende Bauteile in den verschiedenen
Ansichten der Figuren an.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführunsgform
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Bezug
nehmend auf die Figuren und insbesondere auf 1 ist eine
Drahtsäge
der vorliegenden Erfindung zum simultanen Schneiden mehrerer Halbleiterbarren
in Wafer allgemein mit 10 bezeichnet. Die Drahtsäge 10 weist
einen Barrenträger
auf, der allgemein mit 12 bezeichnet ist, und dazu dient, Barren 14 zu
halten. Ein Schneidekopf, der allgemein mit 16 bezeichnet
ist, trägt
einen Draht 18, der sich hin und her bewegt, um Barren
zu schneiden. Der Barrenträger 12 ist
dazu konfiguriert, übliche
einkristalline Siliziumbarren 14, die im Allgemeinen zylindrisch
geformt sind, in einer allgemeinen Nebeneinanderanordnung zu halten,
wobei Längsachsen
der Barren nicht kollinear und annähernd parallel sind. Die Barren 14 werden
in Scheiben geschnitten, wenn sie in Anwesenheit einer flüssigen Schleifaufschlämmung von
dem sich bewegenden Schneidedraht 18 erfasst werden. Der
Barrenträger 12 und
der Schneidekopf 16 sind relativ zueinander beweglich,
so dass die Barren 14 in Eingriff mit dem Schneidedraht 18 bewegt
und wieder daraus gelöst
werden können, und
andere relative Bewegungen zwischen dem Schneidekopf und dem Barrenträger zum
Unterstützen
des Schneidens möglich
sind, wie sie Durchschnittsfachleuten bekannt sind.
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Der
Schneidekopf 16 weist drehbare Drahtführungsrollen 22 auf,
um die der Schneidedraht 18 gewickelt ist, um sich kreisend
um die Rollen zu bewegen. Vorzugsweise sind vier Führungsrollen 22 in einer
im Allgemeinen rechteckigen Anordnung vorgesehen, obwohl Sägen mit
weniger oder mehr Rollen und anderen Anordnungen nicht vom Umfang
der Erfindung abweichen. Der Barrenträger 12 ist im Allgemeinen über der
Rechteckanordnung der Rollen 22 angeordnet, so dass die
Barren 14 nur mit einem oberen Abschnitt des Schneidedrahts 18 in
Kontakt gelangen, der sich zwischen den zwei oberen Rollen erstreckt.
Allerdings kann der Barrenträger 12 an
jeder beliebigen Position in Umgebung der Rollen 22 angeordnet
sein, so dass die Barren 14 mit jedem beliebigen Abschnitt
des Drahts 18 in Kontakt gelangen. Vorzugsweise sind der
Barrenträger 12 und
der Schneidekopf 16 an einem gemeinsamen Stützrahmen 24 montiert,
wobei der Schneidekopf relativ zu dem Rahmen fest angeordnet ist,
während
der Barrenträger
relativ zu dem Rahmen bewegt werden kann. Während des Scheibenschneidens
bewegen sich die Barren 14 allmählich durch den Schneidedraht 18,
während
der Draht die Barren durchdringt. Der Barrenträger 12 bewegt sich
im Allgemeinen in Richtung des Schneidekopfs 16 weiter,
um die Barren 14 an einem Kontaktbereich in jeder Scheibe
in Anlage gegen den Draht 18 zu halten.
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Der
Schneidedraht 18 wird von den Rollen in einer Vielzahl
allgemein paralleler Bereiche zwischen den Rollen 22 getragen,
um eine Vielzahl von Wafern von den Barren 14 zu schneiden.
Jeder Bereich weist eine Vielzahl im Allgemeinen paralleler Längenstücke von
Draht 18 auf, wobei jedes Längenstück eine Scheibe in jedem Barren
schneidet. Kollektiv definieren die parallelen Bereiche des Drahts 18 auf
den Führungsrollen 22 ein
Schnittnetz, das allgemein mit 30 bezeichnet ist. Das Drahtnetz 30 kann
bis zu mehrere hundert parallele Längenstücke von Draht 18 aufweisen,
um eine entsprechende Anzahl von Scheiben zu schneiden, obwohl ein
Netz, das aus einer beliebigen Anzahl von Längenstücken ausgebildet ist, nicht
von dem Umfang der Erfindung abweicht. Wenigstens eine der Rollen 22 ist
mit einem Motor oder einem anderen geeigneten Antriebsmechanismus
(nicht dargestellt) verbunden, der Leistung zum Antreiben des Drahts 18 in
einer Längsrichtung
für den
Betrieb der Drahtsäge 10 bereitstellt. Jede
Rolle 22 weist mehrere ringförmige Nuten (nicht dargestellt)
um ihren Umfang herum auf, die dazu ausgebildet sind, die Längenstücke von
Schneidedraht 18 aufzunehmen. Der Draht bewegt sich in
einer Längsbewegung
hin und her, indem er von den Rollen 22 angetrieben wird.
Wie Fachleute wissen, bewegt sich der Draht 18 für eine erste
vorbestimmte Zeit oder Längenverschiebung
in eine Vorwärtsrichtung,
und bewegt sich dann für
eine zweite vorbestimmte Zeit oder Längenverschiebung in eine umgekehrte
Richtung. Der Draht 18 kann sich in üblicher Weise in eine Aufnahmespule
und eine Abgabespule (nicht dargestellt) erstrecken, die eine überschüssige Länge des
Drahts aufnehmen, die gegenwärtig
nicht um die Führungsrollen 22 gewickelt
ist.
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Die
Drahtsäge 10 weist
ein Aufschlämmungssystem
zum Versorgen eines Abschnitts des Drahtnetzes 30 mit einer
flüssigen
Schleifaufschlämmung
auf, die entlang dem Draht 18 an Kontaktregionen zwischen
dem Draht und den Barren 14 abgegeben wird. In der bevorzugten
Ausführungsform sind
drei Düsen 34, 36, 38 zum
Abgeben von Aufschlämmung
an den Draht angeordnet. Jede Düse
ist in üblicher
Weise, wie Fachleuten bekannt, allgemein als ein Schlitz konfiguriert,
der Aufschlämmung
in einem dünnen,
ebenen Muster nach unten abgibt, das einen Vorhang oder Film 40 bildet.
Der Vorhang 40 aus Aufschlämmung ist senkrecht zu dem
Draht 18 angeordnet, und weist eine Länge auf, die annähernd der
Breite des Drahtnetzes 30 entspricht. Jede Düse 34, 36, 38 erhält von einem
geeigneten Aufschlämmungsbehälter, einer
Pumpe und einem Rohrstück (nicht
dargestellt) Aufschlämmung,
wobei jedes dieser Elemente üblicher
Natur ist und betriebsfähig
ist, um Aufschlämmung
von dem Behälter
zu den Düsen zu
transportieren. Das System kann unmittelbar benachbart zu jeder
Düse einen
Verteiler aufweisen, der eine geringe Menge an Aufschlämmung aufnimmt.
Während
des Betriebs kann ein Gesamtfluss an Aufschlämmung aktiv in unterschiedlichen
Anteilen unter den Düsen 34, 36, 38 verteilt
werden, oder kann passiv in gleichen Anteilen unter ihnen verteilt werden.
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Zur
Wärmesteuerung
wird die flüssige
Aufschlämmung
aktiv gekühlt,
bevor sie an das Drahtnetz 30 abgegeben wird. Wie Fachleute
wissen, ist ein Wärmetauscher
(nicht dargestellt) entweder zwischen dem Aufschlämmungsbehälter und
jeder Düse oder
an dem Behälter
angeordnet. In der Praxis hat es sich als praktisch erwiesen, beim
Schneiden von zwei oder mehr Barren 14 mit derselben Schneidegeschwindigkeit
wie bei einem Barren die Aufschlämmung
auf eine Temperatur von 25°C
abzukühlen, während beim
Schneiden eines einzelnen Barrens typischerweise eine Aufschlämmung von
30°C bereitgestellt
wird. Dies wird in der vorliegenden Erfindung erreicht, indem ein
zweiter Wärmetauscher
im Behälter
vorgesehen ist. Allerdings weichen auch ein einziger größerer Wärmetauscher
oder andere Kühlmechanismen
und Temperaturen nicht vom Umfang dieser Erfindung ab.
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Die
Düsen 34, 36 38 sind
so angeordnet, dass Aufschlämmung
von dem Draht 18 in jede Bewegungsrichtung des Drahts in
den Kontaktbereich zwischen dem Draht und jedem einzelnen Barren 14 getragen
wird. Wie in 1 gezeigt, sind die erste und
die zweite Düse 34, 36 im
Allgemeinen über
dem Drahtnetz 30 auf gegenüberliegenden Seiten des Barrenträgers 12 angeordnet,
so dass Aufschlämmung
auf beiden Seiten des Barrenträgers
auf das Drahtnetz abgegeben wird. Die erste und zweite Düse 34, 36 sind
vorzugsweise in einer festen Position in Bezug auf den Schneidekopf 16 an
dem Trägerrahmen
montiert, und bewegen sich nicht zusammen mit dem Barrenträger 12 in
dessen Bewegung relativ zum Schneidekopf. Die erste und zweite Düse 34, 36 sind
in einem ausreichend nahen Abstand (wie z.B. 2 cm) über dem
Drahtnetz 30 angeordnet, so dass Aufschlämmung auf
jedes Stück
Draht 18 fällt,
einschließlich
insbesondere der Stücke
an jeder Endextremität
der Breite des Netzes 30. Die Aufschlämmung wird vorzugsweise in üblicher
Weise aufgefangen und zurückgeführt.
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Die
vorliegende Erfindung weist ferner die dritte Düse auf (1), die
im Allgemeinen über
dem Drahtnetz 30 angeordnet und an dem Barrenträger 12 montiert
ist. Obwohl Drahtsägen
des Stands der Technik zum Scheibenschneiden eines einzelnen Barrens
eine erste und zweite Düse 34, 36 aufweisen,
weist die vorliegende Erfindung auch eine dritte Düse 38 auf,
um die Abgabe einer angemessenen Menge der Aufschlämmung und
ihre Verteilung an zwei Barren 14 bereitzustellen. Jeder
Barren erhält Aufschlämmung an
beiden lateralen Seiten des Barrens. Da die dritte Düse 38 an
dem Barrenträger 12 befestigt
ist, bewegt sich die dritte Düse
zusammen mit dem Barrenträger,
der sich relativ zum Schneidekopf 16 bewegt. Düsen mit
anderen Positionen und Arten der Montierung weichen nicht vom Umfang
dieser Erfindung ab.
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Zwei
Stangen 46 erstrecken sich vertikal von gegenüberliegenden
Enden der dritten Düse 38 abwärts, um
eine Bündelung
der Aufschlämmung
zu unterbinden und eine gute Verteilung der Aufschlämmung zu
unterstützen.
Nur eine der Stangen 46 ist in 1 zu sehen.
Anders als die erste und zweite Düse 34, 36,
die in einer eng beabstandeten Position über dem Drahtnetz 30 fixiert
sind, bewegt sich die dritte Düse 38 zusammen
mit dem Barrenträger 12 über eine
beträchtliche
Strecke des Drahts (z.B. 30 cm). Der dünne Vorhang aus Aufschlämmung 40,
der von der dritten Düse
abgegeben wird, fällt
also über eine
größere Strecke,
bevor er den Draht erreicht. In der Praxis neigt ein unbegrenzter
Vorhang aus Aufschlämmung
von Natur aus dazu, beim Herabfallen in seiner Form zusammenzufließen und
sich zu einem schmaleren Profil zu bündeln. Die von der Düse 38 abgegebene
Aufschlämmung
kann über
eine so große
Strecke fallen, dass das ursprüngliche
lineare Muster sich verzerrt, und die Aufschlämmung nicht auf Längenstücke des
Drahts in der Nähe
der Endextremitäten
des Netzes 30 fällt.
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Die
Stangen 46 korrigieren dieses Problem, indem sie eine Fläche bereitstellen,
an der eine Kante des Vorhangs 40 aufgrund von Oberflächenspannungseffekten
oder anderer Fluiddynamik anhaftet. In der Praxis hat die Einbeziehung
der Stangen 46 die Tendenz der Aufschlämmung zum Zusammenfließen unterdrückt, und
hat dazu geführt,
dass die ursprüngliche
Breite der Aufschlämmung
im Wesentlichen aufrechterhalten wird, bis die Aufschlämmung das
Drahtnetz 30 erreicht. Auf diese Weise wird die Aufschlämmung an
jedes Längenstück von Draht 18 verteilt,
einschließlich
insbesondere der Stücke
an den Endextremitäten
der Breite des Netzes, so dass die Aufschlämmung an jede Scheibe des Barrens
abgegeben wird. Die Stangen 46 sind im Allgemeinen dünn ausgelegt
und so angeordnet, dass sie sich von jedem Ende der dritten Düse 38 aus
erstrecken. Wenn der Barrenträger 12 in
Richtung des Netzes bewegt wird, stören die Stangen 46 die
Bewegung des Drahtnetzes 30 nicht. Die Stangen 46 können verschiedene
Querschnittformen, Durchmesser und Längen aufweisen. Vorzugsweise
entspricht die Länge
etwa einer maximalen Betriebsdistanz zwischen der dritten Düse 38 und
dem Drahtnetz 30.
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Die
Drahtsäge 10 kann
zwei oder drei Barren 14 in einer horizontalen Nebeneinanderanordnung halten,
wie in 1 bzw. 2 gezeigt, oder kann einen einzelnen
Barren halten, wie bei einer üblichen Drahtsäge. Obwohl
der Barrenträger 12 für unterschiedlich
abgemessene Barren benutzt werden kann, hat es sich in der Praxis
als nützlich
erwiesen, zwei Barren mit einem Durchmesser von 150 mm (1),
drei Barren mit einem Durchmesser von 100 mm (2)
oder einen einzelnen Barren mit einem Durchmesser von 300 mm zu
halten. Die Düsen
zum Abgeben der Aufschlämmung
sind so abgezählt, dass
wenigstens eine mehr vorliegt als die Zahl der nebeneinander angeordneten
Barren 14. Bei zwei Barren 14 liegen beispielsweise
drei Düsen 34, 36, 38 vor.
Bei drei Barren 14 liegen vier Düsen vor. Die Barren und die
Düsen sind
wechselweise angeordnet, so dass die Aufschlämmung an bestimmten Orten im
Allgemeinen an den lateralen Seiten jedes Barrens 14 abgegeben
wird.
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Der
Barrenträger 12 kann
bis zu vier oder sechs Barren halten, wie in 3 bzw. 4 gezeigt,
wobei Barrenpaare im Allgemeinen vertikal gestapelt werden. Das
Stapeln reduziert die Stillstandzeit der Drahtsäge, da es die Anzahl von Barren 14 erhöht, die
geschnitten werden, bevor ein Unterbrechen des Betriebs nötig wird,
um neue Barren zu laden oder Konfigurierungen zu verändern, was
eine erhöhten Effizienz
ergibt. Nachdem die unteren Barren geschnitten wurden, kann der
Betrieb mit dem Schneiden der oberen Barren fortfahren. Es versteht
sich allerdings, dass andere Anordnungen, einschließlich einer
beliebigen Zahl von Barren und nicht horizontaler und nicht vertikaler
relativer Barrenpositionen, nicht vom Umfang dieser Erfindung abweichen.
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Bezug
nehmend auf 5 ist eine bevorzugte Struktur
zum Befestigen von Barren 14 an dem Barrenträger 12 allgemein
mit 50 bezeichnet. Jeder Barren wird mit Hilfe eines üblichen
Epoxidharzes an einer Aufhängung 52 mit
einer konkaven Fläche 54 befestigt,
die der konvexen, zylindrischen Außenfläche des Barrens 14 entspricht.
Wie Fachleute wissen, wird die kristallographische Ebene des Siliziumkristallgitters
mit Hilfe von Röntgenstrahlen
oder einem anderen geeigneten Verfahren sorgfältig mit einer engen Winkeltoleranz
im Bereich von einem Viertel Grad relativ zur Aufhängung 52 ausgerichtet.
Die Aufhängung 52 ist
für eine
Ankoppelung an eine Platte 56 angepasst, die wiederum an
einen Schwalbenschwanzträger 58 gekoppelt
werden kann.
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Der
Barrenträger 12 weist
an seiner unteren Seite eine Ausnehmung in Form eines Schlitzes 60 auf.
Im Schlitz ist ein innerer Ansatz 62 mit einer geneigten
Fläche
angeordnet. Der Schwalbenschwanzträger 58 kann von dem
Schlitz 60 aufgenommen werden, wobei eine erste geneigte
Fläche 66 des Trägers 58 gleitend
mit der geneigten Fläche
des Absatzes 62 in Eingriff gelangt. Eine Klammer, allgemein
mit 68 bezeichnet, ist dazu vorgesehen, den Träger in einer
festen Position im Schlitz zu verriegeln. Die Klammer weist einen
Eingriffblock 72 an dem Träger 58 auf. Eine Welle 74 verbindet
den Block 70 mit einem mechanischen oder hydraulischen
Stellglied (nicht dargestellt). Der Block 70 und die Welle 74 sind
zwischen einer entriegelten Position, in der der Block nicht gegen
den Schwalbenschwanzträger 58 drückt und
der Träger
längs im Schlitz 60 bewegt
werden kann, und einer verriegelten Position bewegt werden, in der
der Block gegen den Schwalbenschwanzträger drückt und der Träger sich
im Schlitz in einer festen Position befindet. Andere Strukturen
zum Befestigen von Barren an dem Barrenträger weichen nicht vom Umfang
dieser Erfindung ab.
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Für die Stapelkonfigurierungen
aus 3 und 4 werden Barrenpaare durch Epoxidharz
mit einer intermediären
Aufhängung 76 verbunden,
die zwischen den Barren 14 angeordnet ist. Jede dieser Aufhängungen 76 weist
eine konkav geformte obere und untere Fläche auf, die der konvexen Form
der zylindrischen Außenfläche jedes
Barrens 14 entspricht. Die gestapelten Barrenpaare werden
sorgfältig
ausgerichtet, so dass ihre jeweiligen kristallographischen Ebenen
miteinander fluchten.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung ist schematisch in 6 und 7 gezeigt
und allgemein mit 80 bezeichnet. Die zweite Ausführungsform 80 weist
Adapter 82, 84 zum leichten Wechseln der Drahtsäge zwischen
Konfigurierungen zum Schneiden von einem, zwei oder drei nebeneinander
angeordneten Barren 14 auf. Der Barrenträger 12 weist eine
gemeinsame Laderampe oder einen Kopf 86 mit einer Ausnehmung
in Form eines Schlitzes 88 entlang seiner Unterseite auf.
Obwohl der Schlitz 88 verschiedene Formen oder Strukturen
zum Befestigen von Barren aufweisen kann, ist der Schlitz vorzugsweise
so konfiguriert, wie es für
die Schlitzausnehmung 60 an dem Barrenträger 12 der
ersten Ausführungsform
beschrieben und in 5 gezeigt wurde. Ein Doppeladapter 82 (6)
ist dazu konfiguriert, zwei Barren 14 zu halten, obwohl
er auch nur einen Barren, oder, in einer Stapelkonfigurierung, drei
oder vier Barren halten kann. Der Doppeladapter 82 weist an
seiner Oberfläche
eine Trägerleiste 90 auf,
die in den Schlitz 88 des Kopfes 86 eingreifen
kann. Vorzugsweise ist die Leiste 90 als ein Schwalbenschwanzträger 58 ausgebildet,
wie in 5. Ein Dreifachadapter 84 (7)
ist dazu konfiguriert, drei Barren 14 zu halten, obwohl
er auch nur einen oder zwei Barren, oder, in einer Stapelkonfigurierung,
vier bis sechs Barren halten kann. Der Dreifachadapter 84 weist
ebenfalls eine Trägerleiste 90 auf,
die von derselben Größe ist wie
die an Doppeladapter 82. Die Erfindung bietet Flexibilität, indem
der Schlitz 88 dazu konfiguriert ist, Folgendes in sich
aufzunehmen und zu verriegeln: entweder a) den Träger 58 zum Montieren
eines einzelnen Barrens 14 zum Sägen eines einzelnen Barrens,
oder b) die Leiste 90 des Doppeladapters 82 zum
Sägen von
zwei Barren, oder c) die Leiste 90 des Dreifachadapters 84 zum Sägen von
drei Barren.
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Es
können
andere Adapter vorgesehen sein, einschließlich solcher mit anderer Struktur,
oder zum Halten von vier oder mehr nebeneinander angeordneten Barren,
ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.
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Eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung ist schematisch in 8 und 9 gezeigt
und allgemein mit 100 bezeichnet. Die dritte Ausführungsform 100 weist
einen Zentralträger
(allgemein mit 102 bezeichnet) auf, der dazu konfiguriert
ist, eine Ablenkung des Drahtnetzes 30 zu begrenzen, wenn
es in einen oder mehrere Barren 14 eingreift. Der Zentralträger 102 umfasst
wenigstens ein Hindernis zur freien vertikalen Ablenkung des Drahts,
und ist vorzugsweise relativ zu den Rollen 22 des Schneidekopfes 16 fixiert.
Der Zentralträger 102 ist
im Allgemeinen innerhalb einer Rechteckform, die von dem Drahtnetz 30 begrenzt
wird, und benachbart zu dem Drahtnetz an einer den Barren 14 gegenüberliegenden
Seite des Drahtnetzes angeordnet. Der Zentralträger 102 weist ein
im Allgemeinen vertikales Element 104 auf, das an einer
Rampe 106 befestigt ist. Die Rampe 106 ist vorzugsweise
an dem gemeinsamen Tragerahmen 24 montiert.
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Der
Zentralträger 102 weist
ein geeignetes oberes Ende 103 auf, das den Draht 18 erfassen kann,
und an dem der Zentralträger
sich vorbeibewegt, wie z.B. mehrere Rollen, und erstreckt sich über die
gesamte Breite des Drahtnetzes 30. Für den Doppeladapter 82 ist
ein einzelnes vertikales Element 104 vorgesehen (8),
und für
den Dreifachadapter 84 sind zwei vertikale Elemente 104 vorgesehen (9).
Jeder Zentralträger 102 ist
so angeordnet, dass er zu den zwei Barren 14 etwa denselben
Abstand aufweist. Wenn der Barrenträger 12 sich nach unten
bewegt und ein oder mehrere Barren in Kontakt mit dem Drahtnetz 30 gelangen,
wird das Netz abgelenkt, bis es in Kontakt mit dem Zentralträger gelangt.
Der Draht 18 wird an der Position, an der er in Kontakt
mit dem Zentralträger 102 gelangt,
nicht weiter abgelenkt. Der Zentralträger kann einen anderen Aufbau
aufweisen, insbesondere mit Hindernissen anderer Form oder ohne
vertikale Elemente 104, ohne vom Umfang dieser Erfindung
abzuweichen.
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Wenn
kein Zentralträger 102 vorgesehen
ist, wie in der ersten Ausführungsform,
besteht ein Problem darin, dass die Ausbeute an Wafern in ungünstiger
Weise reduziert wird, wenn zwei (oder drei) gleichzeitig geschnittene
Barren eine unterschiedliche Länge
aufweisen. Wenn zwei Barren nebeneinander angeordnet sind, und die
Länge dieser
Barren nicht im Wesentlichen gleich ist, dann greifen wenigstens
einige Längenstücke des
Drahtes 18 in einen Barren ein, während andere Längenstücke des Drahts
in zwei Barren eingreifen. Wie in 10 schematisch
dargestellt, greift das Drahtstück
mit Bezugszeichen 110 in einen Barren ein, während das
Drahtstück
mit Bezugszeichen 112 in zwei Barren eingreift. Der Abstand
zwischen benachbarten Drahtstücken ist
zur Verdeutlichung in 10 übertrieben dargestellt. Die
Stücke 110 und 112 weisen
unterschiedliche Ablenkungsmuster und unterschiedliche Zugkräfte für den Draht
auf. Wafer von dem längeren Barren
werden durch Teile des Drahts abgeschnitten, die sich in einer Übergangsregion
befinden, in der die Veränderungen
der Drahtspannung keinen gleichmäßigen Schnitt
ergeben, was zu einem Verziehen oder zu einer mangelhaften Waferqualität führt. Auf
diese Weise sind die Betreiber dazu gezwungen, nur Barren von im
Wesentlichen gleicher Länge
zu schneiden, oder mehrere Barrenpaare von im Wesentlichen gleicher
Länge,
wie in 11 gezeigt.
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Die
Kombination aus Barrenlängen
aus 11 bis 14 verschlechtern
die Ausbeute nicht, während
die Kombination aus 10 die Ausbeute verschlechtert.
Die Kombination aus 10 weist einen längeren Barren
auf, der sich fortlaufend vorbei an einer Position erstreckt, an
der ein kürzerer Barren
endet und kein Barren vorhanden ist. Im Gegensatz dazu weisen die
Kombinationen aus 11 bis 14 nirgendwo
einen längeren
Barren auf, der sich durch eine Übergangsregion
nahe dem Ende eines kürzeren
Barrens erstreckt. Deshalb werden keine Wafer von einem längeren Barren
abgeschnitten, die von unterschiedlicher Drahtspannung beeinflusst werden.
In 14 muss eine Kombination aus zwei Barren 14 unterschiedlicher
Länge unter
Hinzufügung
eines Wegwerfstabes 114 geschnitten werden. Der Wegwerfstab 114 muss
denselben Außendurchmesser
aufweisen wie die geschnittenen Barren 14, und muss sich
wenigstens über
die gesamte Länge des
längeren
Barrens erstrecken. Der Wegwerfstab 114 muss nicht aus
Silizium sein, sondern kann aus einem anderen Material hergestellt
sein. Der Wegwerfstab stellt eine gleichmäßige Drahtablenkung über eine
Gesamtlänge
des längeren
Barrens bereit.
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Der
Zentralträger 102 verhindert
dieses Problem, indem er es ausschließt, dass die Barrenlänge die
Drahtspannung beeinflusst. Da der Zentralträger 102 sich über die
gesamte Breite des Drahtnetzes 30 erstreckt, stehen alle
Bereiche in Kontakt mit dem Zentralträger. Dies führt zu lokal gleichmäßigen Ablenkungen
und Spannungen, um ein gleichmäßiges Schneiden,
ein geringes Verziehen und eine hohe Ausbeute aufrechtzuerhalten.
Der Zentralträger
erlaubt es den Betreibern, gleichzeitig Barren unterschiedlicher
Länge zu
schneiden, wie in 10.
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Im
Betrieb schneidet die Drahtsäge 10 der vorliegenden
Erfindung gleichzeitig wenigstens einen im Allgemeinen zylindrischen
Halbleiterbarren 14 in Wafer. Zunächst wird jeder Barren durch
ein geeignetes Epoxidharz an einer Aufhängung 52 befestigt. Dies
kann in üblicher
Weise mit Hilfe einer separaten Vorrichtung geschehen, die Röntgenstrahlen
benutzt, um die kristallographische Ebene des Barrens mit einer
engen Toleranz relativ zu der Aufhängung auszurichten. Die Aufhängungen
werden jeweils an Schwalbenschwanzträgern 58 befestigt
und an dem Barrenträger 12 gesichert,
indem die Schwalbenschwanzträger
in Schlitze 60 eingeführt
werden und die Klammern verriegelt werden. Die Barren 14 werden
automatisch in Reichweite des Schnittnetzes 30 positioniert,
wobei die Längsachsen
der Barren im Allgemeinen senkrecht zu der Längserstreckung des Drahts liegen.
Wenn ein Adapter 82 oder 84 der zweiten Ausführungsform 80 benutzt
wird, werden zwei oder drei Aufhängungen
an dem Adapter gesichert, und der Adapter wird dann an dem Kopf
befestigt, indem die Leiste 90 im Schlitz 88 gesichert
wird. Der Barrenträger 12 wird
relativ zu dem Schnittnetz bewegt, so dass die Barren in Schneideregionen,
in denen die Barren in Kontakt mit dem Draht gelangen, gleichzeitig
gegen das Schnittnetz drücken.
Die flüssige
Aufschlämmung
wird von den Düsen 34, 36, 38 an
Orten an das Drahtnetz abgegeben, zu denen zwei laterale Seiten
jedes Barrens zählen.
Wenn eine Stapelanordnung benutzt wird, werden weitere Barren und
Aufhängungen
ausgerichtet und im Allgemeinen vor der Befestigung an dem Barrenträger an den ersten
Aufhängungen
befestigt.
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Die
Vorrichtung kann leicht zum Schneiden eines Barrens von 300 mm Durchmesser,
von einem bis vier Barren von 150 mm Durchmesser, oder von einem
bis sechs Barren von 100 mm konfiguriert werden. Beim Schneiden
von zwei nebeneinander angeordneten Barren wurde festgestellt, dass
die Produktivität
gegenüber
früheren
Drahtsägen
verdoppelt wird, während
die Flachheit und Qualität
der Wafer auf gleichem Niveau gehalten werden.
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In
Anbetracht des Vorstehenden wird deutlich, dass die verschiedenen
Aufgaben der Erfindung erfüllt
und andere vorteilhafte Resultate erzielt werden.
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Bei
der Vorstellung der Elemente der vorliegenden Erfindung oder der
bevorzugten Ausführungsform(en)
derselben sollen die Artikel „ein", „eine", „der", „die" und „das" usw. bedeuten, dass
ein oder mehrere Elemente vorliegen. Die Begriffe „umfassen", „aufweisen" und „haben" sind nicht abschließend zu
verstehen, und bedeuten, dass neben den aufgeführten Elementen auch weitere
Elemente vorliegen können.