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Die
Erfindung betrifft eine Drahtsäge
zum Sägen
von Siliciumblöcken in
dünne Wafer.
Hierbei wird ein Draht über
Umlenkrollen einfach oder mehrfach an dem zu sägenden Siliciumblock vorbeigeführt. Der
Siliciumblock wird gegen den Draht gedrückt, so dass dieser Material
vom Siliciumblock abträgt.
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Bei
Drahtsägen
nach dem Stand der Technik wird ein Draht über zwei in einem Abstand voneinander
parallel nebeneinander angeordnete, zylinderförmige Umlenkrollen geführt, so
dass der Draht zwischen den Umlenkrollen gespannt ist. Der Draht
kann hierbei mehrmals zwischen den Umlenkrollen entlanglaufen, so
dass das Sägen
mehrerer Wafer gleichzeitig möglich
ist. Im Normalfall wird der Draht einige Male zwischen den Umlenkrollen
entlanglaufen, so dass sich zwischen den Umlenkrollen ein Drahtfeld
aus einer Vielzahl von Drahtabschnitten bildet. Die Drahtabschnitte
des Drahtfeldes zwischen den Umlenkrollen verlaufen parallel zueinander.
Das Sägen
geschieht dann dadurch, dass der Siliciumblock gegen das Drahtfeld
gedrückt
wird.
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Für ein befriedigendes
Sägeergebnis
ist es wichtig, die Eigenschaften und das Verhalten sowie den gegenwärtigen Zustand
des Drahtfeldes möglichst
genau zu kennen. Zur Messung dieser Eigenschaften weisen Drahtsägen nach
dem Stand der Technik Vorrichtungen auf, mit welchen die Geschwindigkeit
oder die Spannung des Drahtes gemessen werden kann. Hierzu wird
der Draht, bevor er des erste Mal in das Drahtfeld einläuft, über eine
Rolle geführt,
welche die Drahtgeschwindigkeit oder die Spannung des Drahts messen
kann. Hierbei wird stets die Gesamtspannung und die Gesamtgeschwindigkeit
des Drahtes gemessen. Über
die Eigenschaften des Drahtfeldes selbst lassen sich aus diesen
Messungen nur indirekt Informationen ableiten. Auch die Beeinflussung
des Drahtfeldes ist bei Drahtsägen
nach dem Stand der Technik nur über
die Beeinflussung der Geschwindigkeit oder Spannung des gesamten
Drahts möglich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drahtsäge anzugeben,
bei der sich die Eigenschaften des Drahtfeldes für jeden Drahtabschnitt des
Drahtfeldes oder für
einen Teil der Drahtabschnitte unabhängig messen oder beeinflussen lässt. Diese
Aufgabe wird durch die Drahtsäge
nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die abhängigen Ansprüche gegeben.
Anspruch 19 gibt ein Verfahren zum Sägen eines Siliziumblocks an.
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Die
erfindungsgemäße Drahtsäge weist
zunächst
zwei Umlenkrollen auf, welche zylinderförmig sind und ne beneinander
mit parallelen Zylinderachsen voneinander beabstandet angeordnet
sind. Der Draht umläuft
zunächst
die eine Umlenkrolle entlang eines Teils ihres Radius, läuft dann
zur anderen Umlenkrolle und umläuft
diese wiederum um einen Teil ihres Radius in der gleichen Richtung
wie die erste Umlenkrolle. Zwischen den beiden Umlenkrollen befindet
sich der Bereich zum Sägen
eines Substrats, beispielsweise eines Siliziumblocks. Die Eigenschaften
dieses Sägebereiches
sind für
den Sägeerfolg ausschlaggebend.
Der Draht kann in der Drahtsäge so
geführt
werden, dass er den Sägebereich
zwischen den beiden Umlenkrollen mehrfach durchläuft, so dass der Sägebereich
eine Vielzahl von parallelen Drahtabschnitten aufweist. Diese Drahtabschnitte
bilden ein Drahtfeld und haben zwischen den beiden Umlenkrollen
vorzugsweise den gleichen Abstand. Es versteht sich von selbst,
dass die erfindungsgemäße Drahtsäge neben
den beiden oben genannten Umlenkrollen weitere Umlenkrollen abseits
des Drahtfeldes bzw. Sägebereichs
aufweisen kann, z. B. um den Draht mehrfach über den Sägebereich führen zu können. Alle Umlenkrollen sind
vorzugsweise um die Zylinderachse drehbar aufgehängt und weisen vorzugsweise
Drahtführungsrillen
auf, welche eine genaue Kontrolle des Drahts begünstigen. Erfindungsgemäß ist nun
zwischen den beiden Umlenkrollen an dem Drahtfeld zumindest eine
Hilfsrolle angeordnet. Diese ist mit einer zu den Umlenkrollen parallelen
Drehachse an einer Halterung gelagert. Sie berührt einen, mehrere oder alle
der parallelen Drahtabschnitte des Drahtfeldes. Erfindungsgemäß können auch
mehrere Hilfsrollen so angeordnet sein, dass ihre Drehachsen zusammenfallen.
Auf diese Weise lässt
sich in einem bestimmten Abstand von den Umlenkrollen die Eigenschaft
jedes einzelnen Drahtabschnitts des Drahtfeldes individuell messen oder
beeinflussen.
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Erfindungsgemäß können auch
zwei Hilfsrollen so angeordnet sein, dass sie das Drahtfeld auf gegenüberliegenden
Seiten berühren.
Insbesondere können
diese Hilfsrollen auch den gleichen Abstand zu einer Umlenkrolle
haben, so dass der Draht zwischen den beiden Hilfsrollen hindurch
läuft.
Auch in dieser Anordnung können
die Hilfsrollen an einem, mehreren oder allen der Drahtabschnitte
des Drahtfeldes angeordnet sein. Insbesondere können auch mehrere Hilfsrollen
an derselben Halterung angebracht sein, so dass sie sich stets zusammen
bewegen.
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Erfindungsgemäß können auch
mehrere Hilfsrollen in unterschiedlichen Abständen zu einer Umlenkrolle angeordnet
sein. Hierdurch lässt
sich das Drahtfeld an unterschiedlichen Abschnitten der Drahtabschnitte
beeinflussen oder messen. Normalerweise wird das zu sägende Substrat,
beispielsweise ein Siliziumblock, in der Mitte des Drahtfeldes zwischen
den beiden Umlenkrollen gegen das Drahtfeld gedrückt werden. In diesem Fall
ist es besonders vorteilhaft, je eine Hilfsrolle auf beiden Seiten
des Bereichs anzuordnen, an welchen das Substrat das Drahtfeld berührt. Hierbei
kann die eine Hilfsrolle das Drahtfeld auf der Seite berühren, auf
welcher das Substrat gesägt
wird und die andere Hilfsrolle kann das Drahtfeld auf der dem Substrat
gegenüberliegenden
Seite berühren.
Generell lässt
sich durch dem Substrat gegenüberliegende
Hilfsrollen der Druck des Drahtfeldes auf das Substrat erhöhen, während sich
durch Hilfsrollen auf der dem Substrat zugewandten Seite des Drahtfeldes
der Druck des Drahtfeldes auf das Substrat vermindern lässt. In
allen Anordnungen können
die Hilfsrollen so aufgehängt
sein, dass sich über
die Hilfsrollen eine Kraft auf das Drahtfeld ausüben lässt. Diese Kraft kann eine Druck-
oder Zugkraft sein. Wie auch im oben beschriebenen Fall können Zug-
und Druckkräfte
beliebig miteinander kombiniert werden. Die durch die Hilfsrollen
auf das Drahtfeld oder einzelne Teildrähte des Drahtfeldes ausgeübten Kräfte können zeitlich konstant
oder zeitlich veränderlich
sein. Als zeitabhängige
Kräfte
kommen z. B. Schwingungen in Betracht, welche über die Hilfsrollen dem Drahtfeld
aufgeprägt
werden können.
Hierdurch kann die Geschwindigkeit des Sägens deutlich erhöht werden. Schwingungen
lassen sich beispielsweise dadurch dem Drahtfeld aufprägen, dass
in der Halterung einer oder mehrerer Hilfsrollen ein Piezokristall
angeordnet ist. Dieser kann mit zeitabhängigen Spannungen angesteuert
werden und dadurch in Schwingung versetzt werden.
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Erfindungsgemäß können die
Hilfsrollen in allen oben beschriebenen Anordnungen auch zum Messen
von Eigenschaften des Drahtfeldes eingesetzt werden. So kann durch
einen in der Halterung der Hilfsrolle angeordneten Sensor durch
die vom Drahtfeld auf die Hilfsrolle ausgeübte Kraft die Spannung des
Drahtfeldes oder einzelner Drahtabschnitte gemessen werden. Die
Hilfsrollen können
außerdem Tachometer
aufweisen, mit welchen die Rotation der Hilfsrollen gemessen werden
kann. Hieraus lässt sich
zum einen die Drahtgeschwindigkeit ableiten, in Verbindung mit Messergebnissen
von den optional vorhandenen Drucksensoren lässt sich aber auch die durch
Biegung des Drahtfeldes bestimmen.
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Hilfsrollen
am Drahtfeld können
erfindungsgemäß auch zum
Ausdämpfen
von Schwingungen verwendet werden. Dies kann durch eine geeignete Wahl
des Rollenmaterials, der Rollengeometrie oder der Ausgestaltung
der Halterung der Hilfsrolle geschehen. Hierzu kann wie derum ein
Piezokristall in der Halterung untergebracht sein. Insbesondere kann über Hilfsrollen
eine eventuelle Schwingung des Drahtfeldes oder einzelner Drahtabschnitte
des Drahtfeldes gemessen werden und diese Messergebnisse können verwendet
werden, um eine. Hilfsrolle bzw. deren Halterung zu steuern, welche
diese Schwingung dämpft
oder beeinflusst. Durch die Vermeidung unerwünschter Schwingungen lässt sich
ein besonders gleichmäßiges Sägeergebnis
erzielen. Es kann dem Drahtfeld aber auch in Abhängigkeit von Messergebnissen
der Hilfsrollen gezielt eine beispielsweise hochfrequente Drahtschwingung
aufgeprägt
werden.
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Eine
oder mehrere, wie oben beschrieben angeordnete, Hilfsrollen können erfindungsgemäß auch dazu
verwendet werden, Slurry oder Abrasiv auf das Drahtfeld aufzubringen.
Hierzu können
die Hilfsrollen Schlitze und/oder Löcher aufweisen, durch welche
das Slurry bzw. Abrasiv auf das Drahtfeld aufgebracht werden kann.
Vorzugsweise ist die aufgetragene Menge an Slurry durch das Rollensystem kontrollierbar,
so dass ein gleichmäßiger Auftrag
realisiert werden kann.
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Erfindungsgemäß können eine
oder mehrere der Hilfsrollen beheizbar ausgestaltet sein. Auf diese Weise
kann die Temperatur des Slurrys wie auch des Drahtes genau kontrolliert
werden. Auch kühlbare Rollen
sind denkbar.
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Die
Hilfsrollen sind vorzugsweise zylinderförmig und können, müssen aber nicht, Drahtführungsrillen
aufweisen. Erfindungsgemäß sind auch
Hilfsrollen, welche in der Ebene senkrecht zu ihrer Drehachse einen
ovalen oder eckigen Querschnitt, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken,
haben. Als Sensoren in der Aufhängung der
Hilfsrollen kommen z. B. Seilzugsensoren und/oder induktive und/oder
kapazitive Wegsensoren in Frage.
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Im
folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand einiger Beispiele
erläutert
werden.
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1 zeigt
einen Teil einer erfindungsgemäßen Drahtsäge mit zwei
Hilfsrollen, welche eine Druck- und eine Zugkraft ausüben.
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2 zeigt
einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Drahtsäge mit drei Hilfsrollen, wobei zwei
Hilfsrollen an einer gemeinsamen Halterung untergebracht sind.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Drahtsäge. Hierbei wird ein Draht 1 über zwei
zylinderförmige,
mit parallelen Achsen in einem Abstand nebeneinander angeordnete
Umlenkrollen 2a und 2b geführt. Zwischen den Umlenkrollen 2a und 2b bildet
der Draht 1 ein Drahtfeld 13 aus. Das Drahtfeld 13 kann
hierbei in Richtung in die Figurenebene mehrere parallele Drahtabschnitte 1 aufweisen.
Der Draht 1 wird entlang des Drahtfeldes 13 an
einem Substrat oder Ingot 5 zum Sägen vorbeigeführt. Hierbei
kann das Substrat mit einer Kraft 9 gegen das Drahtfeld 13 gedrückt werden.
Die in 1 gezeigte Drahtsäge weist darüberhinaus
zwei Hilfsrollen 3 und 4 auf, welche an Halterungen 6a bzw. 6b so
aufgehängt
sind, dass ihre Drehachse parallel zu den Drehachsen der Umlenkrollen 2a und 2b verläuft. Im
gezeigten Fall ist die eine Hilfsrolle 3 auf der dem Substrat 5 abgewandten
Seite des Drahtfeldes 13 angeordnet, während die andere Hilfsrolle 4 auf der
dem Substrat 5 zugewandten Seite des Drahtfeldes 13 angeordnet
ist. Die Halterung 6a der einen Hilfsrolle 3 weist
eine Vorrichtung 7a auf, mit welcher eine Zugkraft 10a auf
die Hilfsrolle 3 ausgeübt
werden kann, welche von der Hilfsrolle 3 dann auf das Drahtfeld 13 übertragen
wird und den Drahtabschnitt 1 des Drahtfeldes 13 gegen
das Substrat 5 drückt. Die
Hilfsrolle 3 kann an einem, mehreren oder allen der Drahtabschnitte 1 des
Drahtfeldes 13 in Richtung senkrecht zur Figurenebene angeordnet
sein und auf ein, mehrere oder alle der Drahtabschnitte eine Zugkraft 10a ausüben. Entsprechend
weist die Halterung 6b der anderen Hilfsrolle 4 eine
Vorrichtung 7b auf, mit welcher eine Druckkraft 10b auf
das Drahtfeld 13 ausübbar
ist. Auch hier kann die Hilfsrolle 4 die Druckkraft an
einen, mehrere oder alle der parallelen Drahtabschnitte 1 in
Richtung senkrecht zur Zeichenebene ausüben. Wie oben zur Hilfsrolle 3 beschrieben, übt Vorrichtung 7b eine
Kraft 10b auf Hilfsrolle 4 aus, welche dann von
der Hilfsrolle auf das Drahtfeld 13 übertragen wird. Durch die unterschiedlichen Kräfte 10a und 10b auf
beiden Seiten des Substrats 5 können unterschiedliche Schneidkräfte am Drahteinlauf
und Drahtauslauf realisiert werden. Je nach Laufrichtung 8 des
Drahtes 1 kann entlang des Drahtes 1 vor oder
hinter dem Substrat 5 eine größere bzw. kleinere Kraft 10a bzw. 10b als
auf der jeweils anderen Seite ausgeübt werden.
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2 zeigt
einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Drahtsäge, in welcher wiederum ein Draht 1 um
eine Hilfsrolle 2a am Substrat 5 vorbeigeführt wird.
Nicht gezeigt ist die Hilfsrolle 2b, welche die andere
Begrenzung des Drahtfeldes 13 bildet. Auch hier kann der
Draht mit einer Kraft 9 gegen das Substrat 5 gedrückt werden.
Wie in 1 kann auch im hier gezeigten Beispiel über die
Hilfsrolle 4, welche an einer Halterung 6b befestigt
ist, mittels einer Vorrichtung 7b eine Druckkraft auf das
Drahtfeld 13 bzw. einzelne Drahtabschnitte 1 ausgeübt werden. 2 zeigt
außerdem
zwei Hilfsrollen 12a und 12b, welche an einer
gemeinsamen Halterung 6a untergebracht sind. Diese Halterung 6a kann
beispielsweise mittels eines Piezokristalls Schwingungen 11 des Drahts 1 messen.
Schwingt der Draht nach oben, drückt
er gegen Hilfsrolle 12b und übt damit eine Kraft 11 auf
die Halterung nach oben aus. Schwingt der Drahtabschnitt 1 nach
unten, übt
er eine Kraft auf Rolle 12a aus und damit eine Zugkraft 11 auf
die Halterung 6a. Alternativ kann diese Anordnung von Hilfsrollen 12a und 12b an
einer Halterung 6a auch verwendet werden, um dem Drahtfeld 13 Schwingungen 14 aufzuprägen. Hierzu
kann die Halterung wiederum beispielsweise einen Piezokristall aufweisen. Eine
Schwingung kann dem Drahtfeld 13 auch dadurch aufgeprägt werden,
dass die Hilfsrollen 12a und 12b in Richtung ihrer
Drehachsen keinen kreisförmigen
Umfang aufweisen. In Frage kämen
hierzu zum Beispiel ovale oder elliptische Querschnitte. Die Hilfsrollen 12a und 12b können dann
so aufgehängt sein,
dass, wenn die lange Halbachse des elliptischen oder ovalen Querschnitts
der Hilfsrolle 12a in Richtung des Drahtes 1 weist,
die Hilfsrolle 12b den Draht 1 an ihrer kurzen
Halbachse berührt.
Berührt andererseits
die Hilfsrolle 12b den Draht an ihrer langen Halbachse,
so ist die kurze Halbachse der Hilfsrolle 12a dem Draht 1 zugewandt.
Auf diese Weise kann dem Drahtfeld 13 eine Schwingung aufgeprägt werden.
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Die
in 2 gezeigte Anordnung kann auch verwendet werden,
um Schwingungen des Drahtfeldes auszudämpfen. Dies kann dadurch geschehen, dass
die oben gezeigte Anordnung zum Ausüben von Kräften entsprechend angesteuert
wird. Besonders geeignet ist in diesem Fall ein in der Halterung
untergebrachter Piezo-Kristall.
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Schwingungen
des Drahtfeldes 13 können aber
auch dadurch ausgedämpft
werden, dass die Hilfsrollen 12a und 12b geeignete
Materialien aufweisen.
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Die
in 2 gezeigten Hilfsrollen 12a und 12b können aber
auch verwendet werden, um Slurry und/oder Abrasiv auf das Drahtfeld 13 aufzutragen. Die
Rollen 12a und 12b können heizbar oder kühlbar ausgestaltet
sein, um so die Temperatur des Drahtfeldes 13 und/oder
des Slurrys bzw. Abrasivs kontrollieren zu können.
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Die
erfindungsgemäße Drahtsäge hat entscheidende
Vorteile gegenüber
Drahtsägen
nach dem Stand der Technik. Durch die gezielte Beeinflussbarkeit
des Drahtfeldes über
ein System von Hilfsrollen ist die Verbesserung des Schnittverhaltens möglich, wodurch
qualitativ hochwertigere Waferoberflächen erzeugt werden können. Die
Produktivität kann
gesteigert werden und durch Einbeziehung gemessener Prozessgrößen kann
eine Vorhersage über
die erreichbare Schnittqualität
gemacht werden. Zudem können
die gemessenen Daten zur Steuerungsoptimierung der Drahtsäge herangezogen
werden. Hierbei ist u. a. eine Erhöhung der Drahtstandzeit möglich.