WO2006061043A1 - Werkstückhalterung und verfahren zum drahtsägen - Google Patents

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WO2006061043A1
WO2006061043A1 PCT/EP2004/014108 EP2004014108W WO2006061043A1 WO 2006061043 A1 WO2006061043 A1 WO 2006061043A1 EP 2004014108 W EP2004014108 W EP 2004014108W WO 2006061043 A1 WO2006061043 A1 WO 2006061043A1
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WO
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workpiece
wire
saw
saw bar
longitudinal axis
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/014108
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Hammer
Ralf Gruzsynsky
Original Assignee
Freiberger Compound Materials Gmbh
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Publication date
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Priority to US12/269,738 priority patent/US20090064982A1/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D57/00—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00
    • B23D57/003—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D57/0046—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts of devices for feeding, conveying or clamping work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0082—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for supporting, holding, feeding, conveying or discharging work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades

Definitions

  • the invention relates to a method for separating a workpiece, in particular a single crystal, in a wire saw, as well as a wire saw, a saw bar for carrying out this method, and a semiconductor wafer.
  • FIGS. 5a and 5b the surface profile of a GaAs wafer after separation of a GaAs single crystal by the known wire saw method is shown, as recorded with a stylus instrument (Perthometer from Mahr) along the scan line 44 in FIG.
  • the depth of the groove or the height of the heel (saw mark) clearly stands out with 7 ⁇ m in FIG. 5a or 10 ⁇ m in FIG. 5b from the remaining surface roughness!
  • the height of the heel may also assume significantly higher values of more than 20 ⁇ m given unfavorable choice of the properties of the abrasive.
  • the properties of the abrasive such as the hard material content or the viscosity of the carrier influence the scoring.
  • the scoring can be minimized.
  • the properties of the abrasive also affect other surface parameters of the wheels, such as the warp, the bow or the surface roughness. It is not always possible in the known wire sawing method to select the properties of the abrasive so that the formation of grooves or shoulders and the aforementioned further surface parameters are optimized at the same time, since in some cases different properties are required for both optimization criteria.
  • Optimizing the abrasive to prevent scoring and scaling while optimizing surface parameters greatly limits the abrasive properties of the abrasive and limits the life of the abrasive.
  • the abrasive is usually held in wire sawing in a closed circuit. When wire sawing GaAs disks, valuable gallium can be recovered from the abrasive slurry. For reasons of economy, therefore, the abrasive is preferably kept in the closed loop until it has a high content of GaAs (about 10%). However, a high GaAs content in the abrasive in the prior art process negatively affects the score and step formation as the wire passes from the workpiece to the saw bar.
  • the object is achieved by a saw bar for fastening a workpiece in a wire saw according to claim 1, by a method for separating a workpiece in a wire saw according to claim 6, by a wire saw according to claim 15 or 17 and by a semiconductor wafer according to claim 18.
  • the method according to the invention and the devices according to the invention have the particular advantage that on the cut surfaces of a workpiece separated in a wire saw, regardless of the composition of the abrasive used, the formation of scoring or shouldering during the transition of the wire from the workpiece to the sawing bar is either reduced or completely avoided can.
  • the property parameters of the abrasive can therefore be optimized with a purpose other than the avoidance of scoring or shouldering.
  • the abrasive may e.g. be optimized so that surface parameters of the cut surface such as warp, bow and surface roughness are minimized. Further, in GaAs disc production, the GaAs content of the closed loop abrasive can be increased.
  • the invention further has the advantage that a complex post-processing of the cut surface such as lapping or grinding can be omitted. Further, in the separation of a workpiece in a wire saw, in which high demands are placed on the surface quality of the cut surface, the yield can be increased.
  • the edge region 42 (see Fig. 3), which can not be used for the production of semiconductor devices - the so-called edge exclusion of the semiconductor wafer - can be minimized. If, in the production of wheels, the edge area in which the saw mark is located is removed after sawing by edge rounding, then the invention can minimize the removal by edge rounding, thereby saving costly material.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a
  • Fig. Ia is a perspective view of the saw bar according to the first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a
  • 5a and 5b each show the section through a surface profile of a separation surface produced by the known method in a wire saw.
  • a workpiece 1 with a saw bar 2 when disconnected in a wire saw according to the first embodiment is shown in a schematic sectional view.
  • the workpiece 1 has the shape of a cylinder.
  • the material of the workpiece 1 may be a single crystal, in particular a semiconductor single crystal such as a Si single crystal or a GaAs single crystal, but also any other material that can be cut with a wire saw.
  • a saw bar 2 is fixed, with which the workpiece 1 is fixed in a wire saw.
  • the saw bar 2 may for example be made of graphite, but also of any other material that can be cut with a wire saw.
  • a wire 3 is stretched over rollers (not shown) such that a plurality of wire sections span a wire plane perpendicular to the image plane in FIG.
  • the wire saw has a feed device 12, to which the workpiece 1 is attached via the saw bar 2 for separation.
  • the workpiece 1 With the feed device 12, the workpiece 1 can be moved relative to the wire plane in a feed direction 4, which is perpendicular to the wire plane.
  • a device 14 for applying abrasive to the wire 3 is provided in the wire saw. It is Further, a drive unit (not shown) provided for moving the wire 3 along its longitudinal direction.
  • the saw bar 2 according to the first embodiment is, as shown in Fig. Ia, substantially formed as an elongated cuboid having a recess which is adapted to the outer shape of the cylindrical workpiece. Through the recess, a bearing surface 5 of the saw bar is formed, which serves as a contact surface for the workpiece 1 in the adhered to the workpiece 1 state.
  • the recess is formed such that the cross-sectional area A (hatched area in Fig. Ia) of the saw bar 2 perpendicular to its longitudinal axis L is asymmetrical.
  • a flat side surface 6 of the saw bar 2 serves as a stop for attachment of the saw bar 2 to the feed device 12.
  • This flat side surface 6 is aligned parallel to the wire plane (perpendicular to the image plane of FIG. 1) in the installed state. Seen in cross section, the two sides 13, 13 ', which connect the flat side surface 6 with the contact surface 5 of different lengths. Due to their asymmetry, the saw bar 2 is glued laterally displaced onto the workpiece 1 in the state installed in the wire saw relative to a plane 11 extending through the central longitudinal axis M of the workpiece 1 perpendicular to the wire 3. Here, the center longitudinal axis M in Fig. 1 is perpendicular to the image plane.
  • the saw bar 2 is secured to the workpiece 1 prior to cutting.
  • it can be glued to the workpiece, for example.
  • an adhesive for example, an epoxy resin can be used.
  • the workpiece 1 is fixed in the wire saw.
  • the feed device 12 has a stop surface 6 'parallel to the wire plane.
  • the wire sections 3 are always in one during the separation process via the rollers (not shown)
  • Direction of sense 8 moves along its longitudinal axis, while the workpiece 1 is pressed in a feed direction 4 perpendicular to the wire plane on the wire sections 3 and moved through the wire plane. Thereby, the workpiece 1 is separated into a plurality of disks.
  • the workpiece 1 and the saw bar 2 constitute a composite body whose surface is pierced by each wire section 3 forming the wire plane during the separating operation at two piercing points 9 and 10.
  • the wire enters the separating gap along its longitudinal direction with a constant sense of direction 8, while it emerges from the separating gap at the other piercing point 10. It has been found that the cut along the cut during separation is formed at the point at which the entry-side puncture point 9 merges from the surface of the workpiece 1 to the surface of the saw bar 2.
  • the piercing point lying on the surface of the workpiece is the entry-side piercing point.
  • the effect of the method according to the invention can be attributed to the fact that the transport of the inlet side of the Wire 3 applied abrasive can be transported largely without interference by the saw bar 2 in the separation gap in the workpiece 1, as long as the entry-side puncture point 9 is located on the surface of the workpiece.
  • a saw bar 22 known per se can be used whose cross-sectional area is symmetrical perpendicular to its longitudinal axis L in order to carry out the method according to the invention.
  • a wire saw according to the second embodiment is different from the wire saw according to the first embodiment in that the saw bar 22 is held obliquely in the wire saw relative to a plane 31 perpendicular to the wire plane.
  • the feed device 32 is provided with a stop surface 26 'for the saw bar 22, which is tilted against the wire plane so that the plane defined by the stop surface 26' E with the wire plane forms an angle ⁇ .
  • the saw bar 22 rests with a bearing surface 25 on the workpiece.
  • the support surface 25 opposite a flat side surface 26 of the saw bar 22 serves as a stop for attachment of the saw bar 22 on the abutment surface 26 'of the feed device 32.
  • the flat side surface 26 is in the installed state parallel to the abutment surface 26' of the feed device 32, while the support surface 25 represents a contact surface between the workpiece 21 and saw bar 22.
  • the saw bar 22 in the installed state in the wire saw relative to a through the central longitudinal axis M of the workpiece 21 perpendicular to the wire 23 extending plane 31 laterally staggered on the workpiece 21 glued.
  • the method according to the invention can be carried out, in which the composite of the material 21 and the saw bar 22 body is moved through the wire plane that at least temporarily a puncture point 29, by which the wire portion 23 pierces the assembled body on the surface of the workpiece 21 and at the same time the other piercing points 30, through which the wire portion 23 pierces the assembled body, on the surface of the saw bar 22 is located.
  • the contact surface 25 between the saw bar 22 and the workpiece 21 in the installed state exclusively or at least for the most part on one side of the through the center longitudinal axis M of the workpiece 21 and a solder on the portion of the wire 23rd , by which the workpiece 21 is moved, plane clamped 31 lies.
  • the saw bar 22 in the wire saw is aligned such that it is moved exclusively on one side through the center longitudinal axis M of the workpiece 21 and a perpendicular onto the portion of the wire 23 through which the workpiece 21 is moved.
  • spanned level 31 is located.
  • at least one of the two puncture points 29 and 30 always lies on the surface of the workpiece 21 during the entire time of cutting the workpiece 21.
  • the abrasive applied to the wire 23 on the inlet side can therefore be used without interruption by the saw bar during the entire separation process be transported with the wire in the separating gap.
  • FIG. 4 shows a section through the surface profile of a GaAs wafer produced by the method according to the invention.
  • the surface profile was taken along the scan line 7 in FIG. 1 with a stylus instrument (Perthometer from Mahr).
  • the improvement of the surface profile compared to the measurements on conventionally produced GaAs disks in FIGS. 5a and 5b can be clearly seen.
  • a disc which has no SAgemarke in the unrounded state, ie without performing an edge rounding after separation in the wire saw.
  • This disk may consist of a polycrystalline or a monocrystalline material such as GaAs or InP.
  • the invention has been described so that either the saw bar or a stop surface for holding the workpiece with a known saw bar in the wire saw is provided so that the contact surface between the saw bar and the workpiece in the installed state exclusively or at least for the most part on one side which lies through the center longitudinal axis M of the workpiece and a solder on the portion of the wire through which the workpiece is moved, spanned plane.
  • the invention has been described so that the shape of the workpiece is a cylinder.
  • the shape of the workpiece is not limited to this form.
  • the workpiece can have any other cross-sectional area.
  • the feed mechanism has been described in the embodiments of the invention as being perpendicular to the wire plane.
  • the feed direction may be a different direction as long as it has a component perpendicular to the wire plane.
  • the direction of the longitudinal axis of the wire may change during the separation process relative to the saw bar, as long as the entry-side piercing point of the wire is on the surface of the workpiece and thereby does not migrate to the O- surface of the saw bar.
  • separation operation first in rocking mode and in the final phase without rocking with fixed alignment of the wire relative to the saw bar perform.
  • Another possibility is to coordinate the periodic rocking movement and the change in the sense of direction of the movement of the wire along its longitudinal axis so that during the time during which one of the two puncture points lies on the workpiece and at the same time the other puncture point on the saw bar, the puncture point on the workpiece is always on the inlet side.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines Werkstücks (1, 21) in einer Drahtsäge beschrieben, bei dem ein Werkstück (1, 21) mittels einer Sägeleiste (2, 22) in der Drahtsäge fixiert wird. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Bildung einer Riefe oder eines Absatzes auf der Trennfläche entlang des Trennspaltes beim Übergang vom Werkstück (l, 21) zur Sägeleiste (2, 22) weiter zum Rand der Trennfläche verschoben oder ganz vermieden. Dazu wird das Werkstück (1, 21) während des Trennvorgangs durch eine Sägeleiste (2, 22) derart in der Drahtsäge gehalten, während einer der beiden Durchstosspunkte (9; 29) auf der Oberfläche des Werkstücks (1; 21) und gleichzeitig der andere (10; 30) der beiden Durchstosspunkte (9, 10; 29, 30) auf der Oberfläche der Sägeleiste (2; 22) liegt, der auf der Oberfläche des Werkstücks liegende Durchstosspunkt der eintrittseitige Durchstosspunkt ist.

Description

Werkstückhalterung und Verfahren zum Drahtsägen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks, insbesondere eines Einkristalls, in einer Drahtsäge, sowie eine Drahtsäge, eine Sägeleiste zum Durchführen dieses Verfahrens, und eine Halbleiterscheibe.
Aus der EP 0 903 210 Al ist bekannt, dass bei einem allgemein bekannten Verfahren des Abtrennens von Scheiben von einem Kristall mit einer Drahtsäge, in der der Kristall mit einer Sägeleiste fixiert wird, unerwünschte Riefen (Sägemarken) auf den Scheiben auftreten können.
In der EP 0 903 210 Al wird beschrieben, dass die Riefen beim Eindringen des Sägedrahts in die Sägeleiste entstehen. Weiter ist aus dieser Druckschrift bekannt, dass das Material der Sägeleiste einen Einfluss auf die Tiefe der Riefe hat. Um die Riefenbildung zu vermeiden wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, für die Sägeleiste Material mit gleicher Härte wie das des Kristalls zu verwenden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass für Werkstücke verschiedener Materialien unterschiedliche Sägeleisten bereitgehalten werden müssen. Darüber hinaus entfällt durch die Einschränkung auf Materialien bestimmter Härte die Möglichkeit der Optimierung nach anderen Kriterien wie z.B. dem E-Modul, dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Festigkeit, der Haftfähigkeit, der Bearbeitbarkeit und anderem. Ferner erhöht sich beim Trennen eines sehr harten Werkstücks durch die Verwendung einer Sägeleiste aus sehr hartem Material auch der Verschleiß des Drahtes und der Verbrauch an Schleifmittel .
In den Figuren 5a und 5b ist jeweils das Oberflächenprofil einer GaAs-Scheibe nach dem Trennen eines GaAs-Einkristalls mit dem bekannten Drahtsägeverfahren dargestellt, wie es mit einem Tastschnittgerät (Perthometer der Firma Mahr) entlang der Abtastlinie 44 in Fig. 3 aufgenommen wurde. Die Tiefe der Riefe bzw. die Höhe des Absatzes (Sägemarke) hebt sich mit 7 μm in Fig. 5a bzw. 10 μm in Fig. 5b deutlich von der restlichen Oberflächenrauhigkeit ab! Die Höhe des Absatzes kann bei ungünstiger Wahl der Eigenschaften des Schleifmittels auch wesentlich höhere Werte von mehr als 20 μm annehmen.
Der Anmelderin ist bekannt, dass die Eigenschaften des Schleifmittels, wie z.B. der Hartstoffgehalt oder die Viskosität des Trägerstoffes Einfluss haben auf die Riefenbildung. Durch geeignete Wahl des Schleifmittels kann die Riefenbildung minimiert werden. Andererseits haben die Eigenschaften des Schleifmittels auch Einfluss auf andere Oberflächenparameter der Scheiben, wie z.B. den Warp, den Bow oder die Oberflächenrauhigkeit . Es ist bei dem bekannten Drahtsägeverfahren nicht immer möglich die Eigenschaften des Schleifmittels so zu wählen, dass die Riefen- oder Absatzbildung und die zuvor erwähnten weiteren Oberflächenparameter gleichzeitig optimiert sind, da für beide Optimierungskriterien teilweise unterschiedliche Eigenschaften erforderlich sind. Bei Optimierung des Schleifmittels zur Vermeidung von Riefen- und Absatzbildung und gleichzeitiger Optimierung von Oberflächenparametern wird der Arbeitsbereich der Schleifmitteleigenschaften stark eingeschränkt und die Lebensdauer des Schleifmittels begrenzt. Das Schleifmittel wird beim Drahtsägen meist in einem geschlossenen Kreislauf gehalten. Beim Drahtsägen von GaAs-Scheiben kann aus dem Schleifschlämm wertvolles Gallium zurück gewonnen werden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird das Schleifmittel daher bevorzugt solange in dem geschlossenen Kreislauf gehalten, bis es einen hohen Gehalt an GaAs (etwa 10%) aufweist. Ein hoher GaAs-Gehalt in dem Schleifmittel wirkt sich jedoch bei dem bekannten Verfahren negativ auf die Riefen- und Absatzbildung beim Übergang des Drahtes vom Werkstück in die Sägeleiste aus.
Nach dem Trennen des Werkstückes können sich je nach den Anforderungen an die Oberflächenqualität weitere Oberflächenbearbeitungsschritte (z.B. Läppen, Schleifen, Polieren) anschließen. Diese Verfahren sind u.a. notwendig, um Fehler beim Drahtsägen wie die zuvor erwähnten Riefen oder Absätze am Übergang von dem Werkstück zu der Sägeleiste zu korrigieren. Absätze mit einer Höhe von mehr als etwa 20 μm können jedoch auch mit diesen Verfahren nicht vollständig entfernt werden. Zudem sind diese Verfahren zeit- und kostenaufwendig.
Aus der US 5,052,366 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Drahtsägen bekannt, bei denen die Drahtebene während des Trennvorgangs relativ zu der Sägeleiste schaukelt, indem die Draht- richtung (Richtung der Drahtlängsachse) relativ zur Vorschubrichtung periodisch geändert wird. Gleichzeitig wird der Draht entlang seiner Längsachse mit wechselndem Richtungssinn hin- und her bewegt. Durch die Änderung der Richtung des Drahtes während einer Schaukelbewegung tritt der Draht bereits in einer frühen Phase des Trennvorgangs in die Sägeleiste ein.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks in einer Drahtsäge bereitzustellen, bei dem die Schnittflächen möglichst glatt und ohne Riefen sind. Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Drahtsäge und eine Sägeleiste bereitzustellen, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren zum Trennen eines Werkstücks in einer Drahtsäge durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sägeleiste zum Befestigen eines Werkstücks in einer Drahtsäge nach Anspruch 1, durch ein Verfahren zum Trennen eines Werkstücks in einer Drahtsäge nach Anspruch 6, durch eine Drahtsäge nach Anspruch 15 oder 17 und durch eine Halbleiterscheibe nach Anspruch 18.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen weisen insbesondere den Vorteil auf, dass auf den Schnittflächen eines in einer Drahtsäge getrennten Werkstücks unabhängig von der Zusammensetzung des verwendeten Schleifmittels die Riefen- oder Absatzbildung beim Übergang des Drahtes vom Werkstück in die Sägeleiste entweder verringert oder ganz vermieden werden kann.
Die Eigenschaftsparameter des Schleifmittels können daher mit anderer Zielsetzung als der Vermeidung der Riefen oder Absatzbildung optimiert werden. Das Schleifmittel kann z.B. dahingehend optimiert werden, dass Oberflächenparameter der Schnittfläche wie Warp, Bow und Oberflächenrauhigkeit minimiert werden. Ferner kann bei der GaAs-Scheibenherstellung der GaAs- Gehalt des sich im geschlossenen Kreislauf befindlichen Schleifmittels erhöht werden.
Die Erfindung weist weiter den Vorteil auf, dass eine aufwendige Nachbearbeitung der Schnittfläche wie Läppen oder Schleifen entfallen kann. Weiter kann bei der Trennung eines Werkstücks in einer Drahtsäge, bei der an die Oberflächenqualität der Schnittfläche hohe Anforderungen gestellt werden, die Ausbeute erhöht werden.
Außerdem kann bei der Herstellung von Halbleiterscheiben 43 der Randbereich 42 (vgl. Fig. 3), der nicht zur Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden kann - der sogenannte Randausschluss der Halbleiterscheibe - minimiert werden. Wird bei der Scheibenherstellung der Randbereich, in dem sich die Sägemarke befindet, nach dem Sägen durch Kantenverrunden entfernt, so kann durch die Erfindung der Abtrag durch Kantenverrunden minimiert und dadurch kostspieliges Material gespart werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittsansicht eines
Werkstücks mit einer daran befestigten Sägeleiste während des Trennvorgangs in einer Drahtsäge nach einer ersten Ausführungs- form;
Fig. Ia eine perspektivische Ansicht der Sägeleiste nach der ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine schematische Schnittsansicht eines
Werkstücks mit einer daran befestigten Sägeleiste während des Trennvorgangs in einer Drahtsäge nach einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 die Position einer Riefe auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe;
Fig. 4 Schnitt durch ein Oberflächenprofil einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Drahtsäge erzeugten Trennfläche; und
Fig. 5a und 5b jeweils den Schnitt durch ein Oberflächenprofil einer mit dem bekannten Verfahren in einer Drahtsäge erzeugten Trennfläche.
Erste Ausführungsform
In Fig. 1 ist ein Werkstück 1 mit einer Sägeleiste 2 beim Trennen in einer Drahtsäge nach der ersten Ausführungsform in einer schematischen Schnittansicht gezeigt.
Das Werkstück 1 hat dabei die Form eines Zylinders. Das Material des Werkstücks 1 kann ein Einkristall, insbesondere ein Halbleitereinkristall wie z.B. ein Si-Einkristall oder ein GaAs-Einkristall, aber auch jedes andere Material sein, das mit einer Drahtsäge geschnitten werden kann. Auf dem Werkstück 1 ist eine Sägeleiste 2 befestigt, mit der das Werkstück 1 in einer Drahtsäge fixiert ist. Die Sägeleiste 2 kann z.B. aus Graphit, aber auch aus jedem anderen Material sein, das mit einer Drahtsäge geschnitten werden kann. In der Drahtsäge ist ein Draht 3 über Rollen (nicht dargestellt) derart gespannt, dass eine Mehrzahl von Drahtabschnitten eine Drahtebene senkrecht zur Bildebene in Fig. 1 aufspannen. Die Drahtsäge weist eine Vorschubvorrichtung 12 auf, an welche das Werkstück 1 über die Sägeleiste 2 zum Trennen befestigt wird. Mit der Vorschubvorrichtung 12 kann das Werkstück 1 relativ zu der Drahtebene in einer Vorschubrichtung 4 bewegt werden, die senkrecht zu der Drahtebene ist. In der Drahtsäge ist eine Vorrichtung 14 zum Aufbringen von Schleifmittel auf den Draht 3 vorgesehen. Es ist weiter eine Antriebseinheit (nicht dargestellt) zum Bewegen des Drahtes 3 entlang seiner Längsrichtung vorgesehen.
Die Sägeleiste 2 nach der ersten Ausführungsform ist, wie in Fig. Ia zu sehen, im Wesentlichen als ein länglicher Quader ausgebildet, der eine Ausnehmung aufweist, die an die äußere Form des zylinderförmigen Werkstücks angepasst ist. Durch die Ausnehmung ist eine Auflagefläche 5 der Sägeleiste ausgebildet, die im auf das Werkstück 1 aufgeklebten Zustand als Kontaktfläche für das Werkstück 1 dient . Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausnehmung derart ausgebildet, dass die Querschnittsfläche A (schraffierte Fläche in Fig. Ia) der Sägeleiste 2 senkrecht zu seiner Längsachse L asymmetrisch ist. Eine ebene Seitenfläche 6 der Sägeleiste 2 dient als Anschlag zur Befestigung der Sägeleiste 2 an der Vorschubvorrichtung 12. Diese ebene Seitenfläche 6 ist im eingebauten Zustand parallel zu der Drahtebene (senkrecht zur Bildebene der Fig. 1) ausgerichtet. Im Querschnitt gesehen sind die beiden Seiten 13, 13', welche die ebene Seitenfläche 6 mit der Kontaktfläche 5 verbinden unterschiedlich lang. Aufgrund ihrer Asymmetrie ist die Sägeleiste 2 im in die Drahtsäge eingebauten Zustand relativ zu einer durch die Mittenlängsachse M des Werkstücks 1 senkrecht zum Draht 3 verlaufenden Ebene 11 seitlich versetzt auf das Werkstück 1 aufgeklebt. Dabei ist die Mittenlängsachse M in Fig. 1 senkrecht zur Bildebene.
Im Betrieb wird die Sägeleiste 2 vor dem Trennen an dem Werkstück 1 befestigt. Um die Sägeleiste auf dem Werkstück zu befestigen kann sie z.B. auf das Werkstück aufgeklebt werden. Als Kleber kann dazu z.B. ein Epoxidharz verwendet werden. Durch Befestigen der Sägeleiste 2 an der Vorschubvorrichtung 12 wird das Werkstück 1 in der Drahtsäge fixiert. Die Vorschubvorrichtung 12 weist hierzu eine zu der Drahtebene parallele Anschlagfläche 6' auf. Die Drahtabschnitte 3 werden während des Trennvorgangs über die Rollen (nicht dargestellt) immer in einem Richtungssinn 8 entlang ihrer Längsachse bewegt, während das Werkstück 1 in einer Vorschubrichtung 4 senkrecht zur Drahtebene auf die Drahtabschnitte 3 gedrückt und durch die Drahtebene hindurch bewegt wird. Dadurch wird das Werkstück 1 in eine Mehrzahl von Scheiben getrennt.
Das Werkstück 1 und die Sägeleiste 2 bilden einen zusammengesetzten Körper, dessen Oberfläche von jedem der die Drahtebene bildenden Drahtabschnitte 3 während des Trennvorgangs an zwei Durchstoßpunkten 9 und 10 durchstoßen wird. An dem einen Durchstoßpunkt 9 tritt der Draht entlang seiner Längsrichtung mit gleich bleibendem Richtungssinn 8 in den Trennspalt ein, während er an dem anderen Durchstoßpunkt 10 aus dem Trennspalt austritt. Es hat sich gezeigt, dass die Riefe entlang des Schnitts beim Trennen an der Stelle gebildet wird, an der der eintrittseitige Durchstoßpunkt 9 von der Oberfläche des Werkstücks 1 auf die Oberfläche der Sägeleiste 2 übergeht. Durch das seitliche Versetzen der Sägeleiste 2 relativ zu einer durch die Mittenlängsachse M des Werkstücks 1 und senkrecht zum Draht 3 verlaufenden Ebene 11 wird erreicht, dass der Draht eintritt- seitig erst kurz vor oder erst nach dem vollständigen Durchtrennen des Werkstücks in die Sägeleiste eintritt . Dadurch kann die Riefe an den Rand der Trennfläche oder sogar in die Säge- leiste verschoben werden.
Bei der ersten Ausführungsform ist sichergestellt, dass beim Trennvorgang während einer der beiden Durchstoßpunkte (9; 29) auf der Oberfläche des Werkstücks (1; 21) und gleichzeitig der andere (10; 30) der beiden Durchstoßpunkte (9, 10; 29, 30) auf der Oberfläche der Sägeleiste (2; 22) liegt, der auf der Oberfläche des Werkstücks liegende Durchstoßpunkt der eintrittseitige Durchstoßpunkt ist.
Der Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darauf zurückgeführt werden, dass der Transport des eintrittsseitig auf den Draht 3 aufgebrachten Schleifmittels weitgehend ohne Störung durch die Sägeleiste 2 in den Trennspalt in das Werkstück 1 transportiert werden kann, solange der eintrittsseitige Durchstoßpunkt 9 auf der Oberfläche des Werkstückes liegt.
Zweite Ausführungsform
Bei der erfindungsgemäßen Drahtsäge nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann eine an sich bekannte Sägeleiste 22 verwendet werden, deren Querschnittsfläche senkrecht zu ihrer Längsachse L symmetrisch ist um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Eine Drahtsäge nach der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Drahtsäge nach der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Sägeleiste 22 relativ zu einer senkrecht zur Drahtebeneverlaufenden Ebene 31 schräg in der Drahtsäge gehalten wird. Dazu ist die Vorschubvorrichtung 32 mit einer Anschlagsfläche 26' für die Sägeleiste 22 versehen, die gegen die Drahtebene so verkippt ist, dass die durch die Anschlagsfläche 26' definierten Ebene E mit der Drahtebene einen Winkel α einschließt.
Die Sägeleiste 22 liegt mit einer Auflagefläche 25 am Werkstück auf. Der Auflagefläche 25 gegenüberliegend dient eine ebene Seitenfläche 26 der Sägeleiste 22 als Anschlag für die Befestigung der Sägeleiste 22 an der Anschlagsfläche 26' der Vorschubvorrichtung 32. Die ebene Seitenfläche 26 ist im eingebauten Zustand parallel zu der Anschlagsfläche 26' der Vorschubvorrichtung 32, während die Auflagefläche 25 eine Kontaktfläche zwischen Werkstück 21 und Sägeleiste 22 darstellt. Da die Anschlagsfläche 26' der Vorschubvorrichtung 32 um die Mittenlängsachse M gegen die Drahtebene um einen Winkel α verkippt ist, ist die Sägeleiste 22 im in die Drahtsäge eingebauten Zustand relativ zu einer durch die Mittenlängsachse M des Werkstücks 21 senkrecht zum Draht 23 verlaufenden Ebene 31 seitlich versetzt auf das Werkstück 21 aufgeklebt. Mit der Drahtsäge nach einer zweiten Ausführungsform und einer an sich bekannten Sägeleiste 22 kann somit auch das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, bei dem der aus dem Werkstoff 21 und der Sägeleiste 22 zusammengesetzte Körper so durch die Drahtebene bewegt wird, dass zumindest zeitweise ein Durchstoßpunkt 29, durch den der Drahtabschnitt 23 den zusammengesetzten Körper durchstößt, auf der Oberfläche des Werkstücks 21 und gleichzeitig der andere Durchstoßpunkte 30, durch den der Drahtabschnitt 23 den zusammengesetzten Körper durchstößt, auf der Oberfläche der Sägeleiste 22 liegt.
Damit wird wie bei der ersten Ausführungsform erreicht, dass die Kontaktfläche 25 zwischen der Sägeleiste 22 und dem Werkstück 21 im eingebauten Zustand ausschließlich oder zumindest zum überwiegenden Teil auf einer Seite der durch die Mittenlängsachse M des Werkstücks 21 und ein Lot auf den Abschnitt des Drahtes 23, durch den das Werkstück 21 bewegt wird, aufgespannten Ebene 31 liegt.
Bevorzugt ist dabei die Sägeleiste 22 in der Drahtsäge wie in Fig. 2 dargestellt so ausgerichtet, dass sie ausschließlich auf einer Seite der durch die Mittenlängsachse M des Werkstücks 21 und ein Lot auf den Abschnitt des Drahtes 23, durch den das Werkstück 21 bewegt wird, aufgespannten Ebene 31 liegt. Dadurch liegt während der gesamten Zeit des Durchtrennens des Werkstücks 21 immer mindestens einer der beiden Durchstoßpunkte 29 und 30 auf der Oberfläche des Werkstücks 21. Das eintrittssei- tig auf den Draht 23 aufgebrachte Schleifmittel kann damit während des gesamten Trennvorgangs ohne Störung durch die Säge- leiste mit dem Draht in den Trennspalt transportiert werden.
Auch bei der zweiten Ausführungsform ist sichergestellt, dass beim Trennvorgang während einer der beiden Durchstoßpunkte (9; 29) auf der Oberfläche des Werkstücks (1; 21) und gleichzeitig der andere (10; 30) der beiden Durchstoßpunkte (9, 10; 29, 30) auf der Oberfläche der Sägeleiste (2; 22) liegt, der auf der Oberfläche des Werkstücks liegende Durchstoßpunkt der eintritt- seitige Durchstoßpunkt ist.
In Fig. 3 ist die Position der Riefe 40 auf einer Halbleiterscheibe gezeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einer der beiden Ausführungsformen aus einem Halbleitereinkristall als Werkstück hergestellt wurde. Zum Vergleich ist die Position der Riefe 41 eingezeigt, die beim bekannten Drahtsägen des Halbleitereinkristalls auf der Halbleiterscheibe gebildet wird. Der innere Bereich 43 ist der Bereich der Halbleiterscheibe der nach einem nachträglichen Verrunden der Halbleiterscheiben übrig bleibt . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Position der Riefe in diesen Bereich 42 verschoben werden, der beim Verrunden der Scheibe nach dem Trennen des Werkstücks entfernt wird, oder kann die Riefenbildung ganz vermieden werden.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Oberflächenprofil einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten GaAs-Scheibe. Das Oberflächenprofil wurde dazu entlang der Abtastlinie 7 in Fig. 1 mit einem Tastschnittgerät (Perthometer der Firma Mahr) aufgenommen. Die Verbesserung des Oberflächenprofils gegenüber den Messungen an herkömmlich hergestellten GaAs-Scheiben in Fig. 5a und 5b ist deutlich zu sehen. So ist hier keine Riefe oder kein Absatz am Übergang des Schnittes vom Werkstück zur Sägeleiste zu erkennen. Es wird daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Scheibe hergestellt, die im unverrundeten Zustand, also ohne das Durchführen einer Kantenverrundung nach dem Trennen in der Drahtsäge, keine Sägemarke aufweist. Diese Scheibe kann aus einem polykristallinem oder einem einkristallinem Material wie z.B. GaAs oder InP bestehen. Die Erfindung wurde so beschrieben, dass entweder die Sägeleiste oder aber eine Anschlagfläche zum Halten des Werkstücks mit einer bekannten Sägeleiste in der Drahtsäge so vorgesehen ist, dass die Kontaktfläche zwischen der Sägeleiste und dem Werkstück im eingebauten Zustand ausschließlich oder zumindest zum überwiegenden Teil auf einer Seite der durch die Mittenlängsachse M des Werkstücks und ein Lot auf den Abschnitt des Drahtes, durch den das Werkstück bewegt wird, aufgespannten Ebene liegt. Es ist jedoch auch möglich, die Sägeleiste nach der ersten Ausführungsform mit einer Drahtsäge nach der zweiten Ausführungsform zu kombinieren, um das zu erreichen.
Die Erfindung wurde so beschrieben, dass die Form des Werkstückes ein Zylinder ist. Die Form des Werkstückes ist aber nicht auf diese Form beschränkt. So kann das Werkstück eine beliebige andere Querschnittsfläche haben.
Die Vorschubeinrichtung wurde bei den Ausführungsformen der Erfindung so beschrieben, dass sie senkrecht zu der Drahtebene ist. Die Vorschubrichtung kann jedoch eine andere Richtung sein, solange sie eine Komponente senkrecht zur Drahtebene aufweist . Die Richtung der Längsachse des Drahtes kann sich während des Trennvorgangs relativ zur Sägeleiste ändern, solange der eintrittsseitige Durchstoßpunkt des Drahtes dabei auf der Oberfläche des Werkstückes liegt und dadurch nicht auf die O- berflache der Sägeleiste wandert. So ist z.B. denkbar, denn Trennbetrieb zunächst im Schaukelbetrieb und in der Endphase ohne Schaukeln mit fester Ausrichtung des Drahtes relativ zur Sägeleiste durchzuführen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die periodische Schaukelbewegung und die Änderung des Richtungssinns der Bewegung des Drahtes entlang seiner Längsachse so zu koordinieren, dass während der Zeit, während der einer der beiden Durchstoßpunkte auf dem Werkstück liegt und gleichzeitig der andere Durchstoßpunkt auf der Sägeleiste liegt, der Durchstoßpunkt auf dem Werkstück immer eintrittseitig liegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Sägeleiste zum Befestigen eines Werkstücks in einer Drahtsäge, wobei die Sägeleiste (2) zum Halten eines Werkstücks (1) in der Drahtsäge dient, die Sägeleiste (2) mit einer Längsachse (L) ausgebildet ist, und die zur Längsachse (L) senkrechte Querschnittsfläche (A) der Sägeleiste (2) asymmetrisch ausgebildet ist.
2. Sägeleiste nach Anspruch 1, wobei die Sägeleiste
(2) im Wesentlichen die Form eines Quaders mit einer Ausnehmung besitzt, durch die entlang der Längsachse (L) des Quaders eine an die Form der Oberfläche des Werkstücks angepasste Anlagefläche (5) ausgebildet ist.
3. Sägeleiste nach Anspruch 2, wobei die Anlagefläche (5) an die Form eines Zylinders angepasst ist.
4. Sägeleiste nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine der Anlagefläche (5) gegenüberliegende Fläche als eine Anschlagsfläche (6) zur Orientierung in der Drahtsäge ausgebildet ist.
5. Sägeleiste nach Anspruch 4, wobei die Querschnittsfläche (A) senkrecht zu der Längsachse (L) der Sägeleiste zwei die Anlagefläche (5) und die Anschlagsfläche (6) verbindende Seiten (13, 13') aufweist, die unterschiedlich lang sind.
6. Verfahren zum Trennen eines Werkstücks (1; 21) in einer Drahtsäge, wobei das Werkstück (1; 21) an einer Sägeleiste (2; 22) befestigt ist, sodass das Werkstück (1; 21) und die Sägeleiste (2; 22) einen zusammenhängenden Körper bilden und das Verfahren den folgenden Schritt enthält: Bewegen eines Drahts (3; 23) durch das Werkstück (1; 21) zum Trennen des Werkstücks (1; 21) , wobei der Draht (3; 23) während des Trennvorgangs an zwei gegenüberliegenden Durchstoßpunkten (9, 10; 29, 30) die Oberfläche des Körpers durchstößt, der Draht (3; 23) entlang seiner Längsachse mit gleich bleibendem oder wechselndem Richtungssinn bewegt wird, sodass einer der beiden Durchstoßpunkte als eintrittseitiger und der andere als austrittseitiger Durchstoßpunkt definiert ist, und während einer der beiden Durchstoßpunkte (9; 29) auf der Oberfläche des Werkstücks (1; 21) und gleichzeitig der andere (10; 30) der beiden Durchstoßpunkte (9, 10; 29, 30) auf der O- berflache der Sägeleiste (2; 22) liegt, der auf der Oberfläche des. Werkstücks liegende Durchstoßpunkt der eintrittseitige Durchstoßpunkt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Draht entlang seiner Längsrichtung während des Trennvorgangs entlang seiner Längsachse mit gleich bleibendem Richtungssinn bewegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Orientierung der Längsachse des Abschnittes des Drahtes (3; 23) , durch den das Werkstück (1; 21) bewegt wird, relativ zu der Sägeleiste (2; 22) während des Trennvorgangs konstant ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Orientierung der Längsachse des Abschnittes des Drahtes (3; 23) , durch den das Werkstück (1; 21) bewegt wird, relativ zu der Sägeleiste periodisch geändert wird und gleichzeitig der Richtungssinn der Bewegung des Drahtes entlang seiner Längsachse periodisch geändert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der eintrittseitige Durchstoßpunkt (9, 10; 29, 30) während des gesamten Durchtrennens des Werkstücks (1; 21) auf der Oberfläche des Werkstücks (1; 21) liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Werkstück (1; 21) zumindest in einem Abschnitt davon die Form eines Zylinders aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Werkstück (1; 21) ein Halbleitereinkristall ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das Werkstück (1; 21) durch Kleben an der Sägeleiste (2; 22) befestigt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei das Werkstück (1; 21) mit der Sägeleiste (2; 22) so in der Drahtsäge gehalten wird, dass die Kontaktfläche zwischen der Sägeleiste und dem Werkstück im eingebauten Zustand ausschließlich auf einer Seite der durch die Mittenlängsachse (M) des Werkstücks und ein Lot auf den Abschnitt des Drahtes (3; 23), durch den das Werkstück (1; 21) bewegt wird, aufgespannten Ebene (11; 31) liegt.
15. Drahtsäge mit : einem Draht (23) ; einer Vorschubvorrichtung (24) , mit der eine Relativbewegung zwischen Werkstück (21) und Draht (23) derart durchgeführt werden kann, dass das Werkstück (21) entlang einer Vorschubrichtung (24) durch den Draht (23) bewegt wird; und einer Antriebsvorrichtung, die den Draht (23) während des Trennvorgangs entlang seiner Längsachse bewegt; wobei das Werkstück (21) mit einer Sägeleiste (22) an einer Anschlagfläche in der Drahtsäge befestigt wird; und die durch die Anschlagsfläche (26) definierte Ebene (E) relativ zu dem Abschnittes des Drahtes, durch den das Werkstück bewegt wird, um einen Winkel α verkippt ist.
16. Drahtsäge nach Anspruch 15, bei der die Anschlagfläche an der Vorschubvorrichtung vorgesehen ist.
17. Drahtsäge mit: einem Draht (23) ; einer Vorschubvorrichtung (24) , mit der eine Relativbewegung zwischen Werkstück (21) und Draht (23) derart durchgeführt werden kann, dass das Werkstück (21) entlang einer Vorschubrichtung (24) durch den Draht (23) bewegt wird; einer Antriebsvorrichtung, die den Draht (23) während des Trennvorgangs entlang seiner Längsachse bewegt; und einer Sägeleiste (2; 22) zum Befestigen des Werkstücks (1; 21) in der Drahtsäge; wobei das Werkstück mit der Sägeleiste im eingebauten Zustand so in der Drahtsäge gehalten wird, dass die Kontaktfläche zwischen der Sägeleiste (2; 22) und dem Werkstück (1; 21) zum ü- berwiegenden Teil auf einer Seite der durch die Mittenlängsachse (M) des Werkstücks (1; 21) und ein Lot auf den Abschnitt des Drahtes (3; 23), durch den das Werkstück (1; 21) bewegt wird, aufgespannten Ebene (11; 31) liegt.
18. Scheibe aus einem polykristallinen oder einkristallinen Material, die im unverrundeten Zustand keine Sägemarke aufweist .
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