DE10064066A1

DE10064066A1 - Simultaneous separation of numerous discs from hard, brittle workpiece with longitudinal axis and peripheral surface

Info

Publication number: DE10064066A1
Application number: DE2000164066
Authority: DE
Inventors: Karl Egglhuber; Holger Lundt; Christian Andrae; Bert Ripper
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2001-05-10

Abstract

The workpiece is fed by a translatory relative motion, orthogonal to the longitudinal axis between it and a wire frame of a wire saw by a feeder through the wire frame. During cutting of the discs the workpiece is rotated about it longitudinal axis. The workpiece rotation is carried out in dependence to the wire motion and to the relative motion between the workpiece and wire frame. But not synchronously with the wire motion. The ratio of new wire to the used one corresponds to a certain program. An independent claim is included for a wire saw.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtren nen einer Vielzahl von Scheiben von einem sprödhartem Werkstück sowie eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens ge eignet ist.The invention relates to a method for simultaneous removal a large number of disks from a brittle hard workpiece and a device that is used to carry out the method ge is suitable.

Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Halblei terscheiben nützlich. Für solche Anwendungen werden in zuneh mendem Maße Drahtsägen verwendet, die eine Vielzahl von Schei ben in einem Arbeitsgang von einem Werkstück abtrennen können. In der US-A 5,771,876 ist das Funktionsprinzip einer Drahtsäge beschrieben, die zur Herstellung von Halbleiterscheiben geeig net ist. In der DE-A 198 51 070 sind Drahtsägen beschrieben, bei denen die Werkstücke während des Sägevorgangs rotieren. Das ro tierende Werkstück wird mit einer Vorschubbewegung durch das Drahtgatter (wire web) der Drahtsäge geführt und beim Durch dringen des Drahtgatters in Scheiben geteilt. Es sind Drahtsä gen bekannt, die mit einer Sägesuspension (slurry) arbeiten, und andere, bei denen Schneidkorn fest an den Sägedraht gebun den ist.The invention is particularly in the manufacture of semi-lead washers useful. For such applications, in increasing numbers Increasingly used wire saws that have a variety of shit ben can be separated from a workpiece in one operation. In US-A 5,771,876 is the principle of operation of a wire saw described, which are suitable for the production of semiconductor wafers is not. Wire saws are described in DE-A 198 51 070, at which the workpieces rotate during the sawing process. The ro The workpiece is moved with a feed movement Wire saw of the wire saw and passed through penetrate the wire frame into slices. They are wired known that work with a saw suspension (slurry), and others where the cutting grain is tightly tied to the saw wire that is.

Beim Arbeiten mit Drahtsägen der genannten Art weisen die ge sägten Wafer (Scheiben) Oberflächenstrukturen in Form von Rie fen und Wellen auf, die je nach Prozessführung unterschiedlich sind und die von der idealen planparallelen Geometrie abwei chen. Derartige Oberflächenstrukturen sind insbesondere im Hin blick auf die Nanotopologie fertig polierter Scheiben uner wünscht, weil sie erhöhten Materialabtrag bei Nachfolgeprozes sen erfordern und weil sie Messungen der Scheibendicke beein trächtigen und Abweichungen von der angestrebten Scheibenform darstellen. Sie müssen deswegen aufwendig entfernt, beispiels weise weggeläppt, werden, wobei zusätzlicher Materialverlust entsteht.When working with wire saws of the type mentioned, the ge sawed wafers (slices) surface structures in the form of rie and waves that vary depending on the process control and which deviate from the ideal plane-parallel geometry chen. Such surface structures are particularly in the rear look at the nanotopology of finished polished discs desires because they increase material removal in subsequent processes require and because they affect measurements of the slice thickness pregnant and deviations from the desired lens shape represent. Therefore, they have to be removed, for example being lapped away wisely, with additional loss of material arises.

Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Sägeverfahren zur Verfügung. The present invention provides an improved sawing method to disposal.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, das eine Längsachse und eine Umfangsfläche aufweist, wobei das Werkstück durch eine translatorische, senkrecht zur Längsachse gerichtete Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter einer Drahtsäge mit Hilfe einer Vorschub einrichtung durch das von einem Sägedraht gebildete Drahtgatter geführt und dabei während des Abtrennens der Scheiben um die Längsachse, bevorzugt entweder um 360° oder einem Teilwinkel, gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückrotati on in Abhängigkeit zur Drahtbewegung und in Abhängigkeit zur Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Drahtgatter, jedoch nicht synchron zur Drahtbewegung erfolgt.The invention relates to a method for simultaneous Detach a variety of slices from a brittle hard one Workpiece that has a longitudinal axis and a peripheral surface, the workpiece being translational, perpendicular to the Longitudinal relative movement between the workpiece and a wire frame of a wire saw using a feed device by the wire gate formed by a saw wire guided and while cutting the discs around the Longitudinal axis, preferably either 360 ° or a partial angle, is rotated, characterized in that the workpiece rotati on depending on the wire movement and depending on the Relative movement between the workpiece and a wire frame, but not synchronized with the wire movement.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Drahtsäge zur Durchführung des Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung, die bestimmte, vorgegebene Relativbewegungen zwi schen Vorschub, Werkstück, Draht und Änderungen der Kühltempe ratur, der Slurrymengen und der Winkelgeschwindigkeit sowie der Drehrichtung des Stabes in Abhängigkeit der Schneidtiefe ermög licht.The invention further relates to a wire saw Implementation of the process, which is characterized by a Device that certain, predetermined relative movements between feed, workpiece, wire and changes in the cooling temperature rature, the amount of slurry and the angular velocity as well as the Direction of rotation of the rod depends on the cutting depth light.

Über den Vorteil hinaus, daß beim Abtrennen von Scheiben eine gleichmäßige Oberfläche entsteht und eine geringere Riefenbil dung und Welligkeit auftritt und die Scheibenausbeute ansteigt, weil beim Bearbeiten der Seiten mit abrasiv wirkenden Werkzeu gen weniger Material geopfert werden muß, sind mit der vorlie genden Erfindung weitere Vorteile verbunden. So sind Verbesse rungen bei Kenngrößen zu verzeichnen, die wie TTV (total thickness variation), Warp, Riefen, Wellen und Dickenverteilung die Form der erzeugten Scheiben beschreiben.In addition to the advantage that when cutting off windows uniform surface is created and less scoring formation and ripple occurs and the disc yield increases, because when editing the pages with abrasive tools less material needs to be sacrificed, are available with the ing invention further advantages associated. That's how improvements are of parameters such as TTV (total thickness variation), warp, scoring, waves and thickness distribution describe the shape of the disks produced.

Durch gezieltes Wählen von frischem Draht und bereits ein- oder mehrmals benutzten Drahtabschnitten in Abhängigkeit von der Schneidtiefe und der Werkstückrotation können Abweichungen von der angestrebten Scheibenform reduziert werden. By choosing fresh wire and already on or wire sections used several times depending on the Cutting depth and workpiece rotation can deviate from the desired disk shape can be reduced.

Darüberhinaus ist durch Änderung der Slurrymenge in Abhängig keit von der Schneidtiefe und der Werkstückrotation eine Ver besserung der angestrebten Geometrie möglich.It is also dependent on changing the amount of slurry the cutting depth and the workpiece rotation improvement of the desired geometry possible.

Eine gezielte Temperierung des Werkstücks in Abhängigkeit von der Schneidtiefe ergibt eine weitere Verbesserung des Warps.A targeted tempering of the workpiece depending on the cutting depth results in a further improvement in the warp.

Schließlich kann die vorliegende Erfindung auch noch dazu ver wendet werden, um Halbleiterscheiben mit definiertem rotations symmetrischem Dickenunterschied zu erhalten. Um z. B. dickere Scheiben in der Mitte zu erreichen, wird zum Beispiel bereits benutzter Draht wiederverwendet.Finally, the present invention can also do so be applied to wafers with defined rotations to obtain a symmetrical difference in thickness. To z. B. thicker Reaching disks in the middle, for example, is already done used wire reused.

Darüber hinaus ist durch gezielte Änderung der Rotationsge schwindigkeit ein Dickenunterschied erzielbar.In addition, by deliberately changing the Rotationsge speed a difference in thickness can be achieved.

Des weiteren wurde gefunden, daß eine Reduzierung der Werk stückrotation mit gleichzeitiger Erhöhung der Drahtgeschwindin digkeit zu einer deutlich schnelleren Bearbeitung und besseren Oberfläche des Kerns führt.Furthermore, it was found that a reduction in the work Piece rotation with simultaneous increase in wire speed ability to process much faster and better Surface of the core leads.

Außerdem wurde gefunden, daß durch die Kombination von gebunde nem Schneidkorn am Draht unter Einsatz von Slurry ein Selbst schärfeffekt des verwendeten Sägedrahts erzielt wird.It was also found that by combining tied a cutting grain on the wire using slurry a self Sharpening effect of the saw wire used is achieved.

Darüber hinaus kann eine Profilierung der Werkstückkanten durch außenliegende Rollen, wie in der DE-A 198 51 070 beschrie ben, und unter Zugabe von zusätzlichem Slurry erzielt werden.In addition, the workpiece edges can be profiled by external rollers, as described in DE-A 198 51 070 ben, and can be achieved with the addition of additional slurry.

Die genannten Vorteile führen insgesamt zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.The advantages mentioned lead to an improved overall Economy of the method according to the invention.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einer Fig. 1 nä her erläutert, wobei nur Merkmale dargestellt sind, die zur Er läuterung beitragen.The present invention is explained in more detail below on a Fig. 1, only features are shown that contribute to the explanation.

In der Fig. 1 ist schematisch das Drahtgatter 2 in Seitenan sicht am Anfang des Abtrennnens von Scheiben von einem Werk stück 1 dargestellt. In Fig. 1, the wire gate 2 is schematically shown in Seitenan at the beginning of the separation of discs from a work piece 1 .

Die Fig. 1 zeigt die Situation kurz nach dem Beginn des Ab trennens von Scheiben. Das Werkstück 1, beispielsweise ein Ein kristall aus Silicium, wird durch eine translatorische Vor schubbewegung gegen das Drahtgatter 2 der Drahtsäge geführt. Fig. 1 shows the situation shortly after the start of the separation of disks. The workpiece 1 , for example a crystal of silicon, is guided by a translatory pushing movement against the wire frame 2 of the wire saw.

Der Werkstückrotationsantrieb für Voll- oder Teilrotation 3 (in der Fig. 1 nicht dargestellt), der Antrieb für die Drahtbewegung 4, der Vorschubantrieb 5 für die translatorische Relativbewe gung des Werkstücks zum Draht und die Versorgung mit Kühlmittel 6 bzw. Slurry 6 sind mit der Steuerungseinheit 7 verbunden, die alle Bewegungsabläufe, sowie die Kühl- bzw. Slurrymenge und Temperatur koordiniert und dadurch einen hohen Automatisie rungsgrad des Sägeverfahrens ermöglicht.The workpiece rotation drive for full or partial rotation 3 (not shown in FIG. 1), the drive for the wire movement 4 , the feed drive 5 for the translational relative movement of the workpiece to the wire and the supply of coolant 6 or slurry 6 are with the Control unit 7 connected, which coordinates all movements, as well as the cooling or slurry amount and temperature, thereby enabling a high degree of automation of the sawing process.

So ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Temperierung und Menge des Kühl- bzw. Schneidmediums in Abhängigkeit von der Schneidtiefe, der Werkstückrotation u. Drahtbewegung automa tisch nach einem bestimmten vorgegebenen Profil gesteuert wer den.So it is particularly advantageous if the temperature control and Amount of cooling or cutting medium depending on the Cutting depth, workpiece rotation u. Automatic wire movement table controlled according to a certain predetermined profile the.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Verweildauer der ein zelnen Drahtabschnitte auf den Teilflächen der Wafer durch ein Rechnerprogramm gesteuert wird. Dies bedeudet, daß die Relativ geschwindigkeit zwischen Draht- und Werkstückrotation variiert werden kann, um die Form und Oberfläche zu beeinflussen.Furthermore, it is advantageous if the dwell time of the one individual wire sections on the partial surfaces of the wafers Computer program is controlled. This means that the relative speed varies between wire and workpiece rotation can be used to influence the shape and surface.

Es zeigt sich im Falle einer Teilrotation, daß durch die in der Realität vorhandene Drahtdurchbiegung der Draht nicht tangenti al das Werkstück berührt, sondern im Schneidspalt entsprechend einer gekrümmten Kontur, anliegt und dadurch die tatsächliche Eingriffslänge relativ zur rechnerischen Eingriffslänge erhöht. Dadurch entsteht in Teilbereichen ein unterschiedlicher Abtrag, der die Oberfläche und Form des Werkstücks ungünstig beeinflußt.It turns out in the case of a partial rotation that by the in the Reality existing wire bending the wire does not tangenti al touches the workpiece, but in the cutting gap accordingly a curved contour, and thereby the actual Length of engagement increased relative to the calculated length of intervention. This creates a different removal in some areas, the surface and shape of the workpiece is unfavorable influenced.

Zur Vermeidung dieses Phänomens wird einer Drehung in einem Teilwinkel mit der Frequenz f1 eine weitere Oszillation mit ei ner höheren Frequenz f2 überlagert. Die Frequenzen f1 und f2 sind voneinander unabhängig einstellbar und Frequenz und Ampli tude sind veränderbar.To avoid this phenomenon, a rotation in one Partial angle with the frequency f1 another oscillation with egg ner higher frequency f2 superimposed. The frequencies f1 and f2 are independently adjustable and frequency and ampli tude are changeable.

Ein Beispiel dazu ist in der Fig. 2 dargestellt.An example of this is shown in FIG. 2.

Claims

1. A method for the simultaneous separation of a plurality of disks from a brittle hard workpiece having a longitudinal axis and a circumferential surface, wherein the workpiece by a translational, perpendicular to the longitudinal axis relative movement between the workpiece and a wire frame of a wire saw with the aid of a feed device by the wire gates formed by a saw wire and rotated around the longitudinal axis during the cutting of the disks, as characterized in that the workpiece rotation takes place in dependence on the wire movement and in dependence on the relative movement between the workpiece and a wire gate, but not synchronously with the wire movement .

2. The method according to claim 1, characterized in that the Workpiece rotation depending on the wire movement and in Ab dependence on the relative movement between the workpiece and a Wire gates are made according to a specific profile.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the proportion of fresh wire to wire already used after one certain program.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that with full rotation, the dwell time of the individual wire sections on the sawn areas with the help of a computer program according to given parameters.

5. The method according to claim 1 to 3, characterized in that with a partial rotation a swivel angle of + α to -α one further pivoting movement overlaid with a higher frequency where both frequencies and amplitudes are independent of each other which are adjustable and changeable.

6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the regulation of cooling depending on the relative movement of the workpiece to the wire gate.

7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the slices are separated under the action of cutting grain, the cutting grain being tied to the saw wire.

8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the discs under the action of cutting grain attached to the saw wire bound and under the additional influence of slurry be separated.

9. The method according to claim 1 to 6 and 8, characterized in net that the slices separated under the action of a slurry become.

10. The method according to claim 9, characterized in that the Regulation of the amount of slurry depending on the relative movement of the workpiece to the wire gate.

11. A process for sawing the core, characterized in that that depending on the cutting depth, the angular velocity of the workpiece changed according to a certain profile and the Wire speed changed according to a certain profile becomes.

12. The method according to claim 1 to 4 and 6 to 11, characterized ge indicates that the edges of the wafers simultaneously during the Rotation process are profiled.

13. The method according to claim 1 to 12, characterized in that all movements are controlled automatically.

14. wire saw for performing the method according to claim 1, which is characterized by a facility that specifies predefined relative movements between feed, workpiece, Wire and changes in cooling temperature, slurry amounts and the angular velocity and direction of rotation of the rod in Ab Dependence of the cutting depth enables.