DE3844520A1 - Method and apparatus for splitting up semiconductor ingots into semiconductor wafers with at least one plane surface - Google Patents
Method and apparatus for splitting up semiconductor ingots into semiconductor wafers with at least one plane surfaceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft das Zerteilen von harten, spröden nichtmetallischen Werkstoffen mit einer Vickers-Härte von bis zu HV 15 000 N/mm², die aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften extreme Anforderungen an den Zerspanungsprozeß stellen.The invention relates to the cutting of hard, brittle non-metallic Materials with a Vickers hardness of up to HV 15,000 N / mm², which are due to their special properties make extreme demands on the machining process put.
Das aus der Schmelze gewonnene Halbzeugmaterial liegt in Zylinderform, sogenannten "Barren" vor. Die weitere Bearbeitung des Materials erfordert ein scheibchenweises Zerteilen dieser Barren in kreisrunde Scheiben, sogenannten Ronden oder Wafern. Dieser Trennprozeß ist durch folgende Forderungen gekennzeichnet:The semi-finished material obtained from the melt is in cylindrical form, so-called "bars" before. Further processing of the material requires a slice-wise division of these bars into circular slices, so-called Discs or wafers. This separation process is due to the following requirements marked:
- a) Da der Werkstoff wegen seiner aufwendigen Gewinnung in höchstreiner Beschaffenheit sehr kostspielig ist, müssen die Zerspanungsverluste minimiert werden. Die Schnittbreite soll deutlich unter der Waferdicke von etwa 1 mm liegen.a) Because the material because of its elaborate extraction in ultra pure Texture is very expensive, the machining losses be minimized. The cutting width should be well below the wafer thickness of about 1 mm.
- b) Die zerteilten Wafer sollen möglichst planparallele Oberflächen aufweisen.b) The divided wafers should have surfaces that are as plane-parallel as possible.
Für die erstgenannte Forderung bietet sich das Prinzip des Zerteilens mit Seilen an, welches in seiner prinzipiellen Form schon seit der Antike bekannt ist. Beim Zertrennen von Steinen in quaderförmige Blöcke wird ein Seil unter Krafteinwirkung über das Werkstück gezogen, wobei der Abrasivstoff mit dem Kühlschmiermittel lose beigegeben wird. Obwohl die Abtragsleistung derartiger Sägen sehr bescheiden ist, werden sie auch heutzutage noch in Steinbrüchen eingesetzt. The principle of splitting is also available for the first requirement Ropes on which in its basic form has been known since ancient times is. When stones are cut into cuboid blocks, a rope is placed underneath Force applied over the workpiece, the abrasive with the Cooling lubricant is added loosely. Although the removal rate of such Sawing is very humble, even today they are still in quarries used.
Eine deutliche Verbesserung der Produktivität wurde dadurch erzielt, daß der Abrasivstoff fest auf dem Seil aufgebracht wurde. Dies kann entweder in Form diskreter Elemente (das Seil umgebene und auf ihm festgespannte Hülsen mit abrasiver Außenmantelfläche) oder durch direkte Aufbringung auf das Seil geschehen.A significant improvement in productivity was achieved in that the abrasive was firmly attached to the rope. This can either be in Form of discrete elements (the rope surrounded and tied to it Sleeves with abrasive outer surface) or by direct application the rope happen.
Da die Präzision des Schnittes und die Abtragsleistung mit zunehmender Seilspannung größer werden, ergeben sich erhöhte Forderungen an die Zugfestigkeit des Seils, so daß das traditionelle Hanfseil in der heutigen industriellen Praxis keine Rolle mehr spielt.Because the precision of the cut and the removal rate with increasing rope tension become larger, there are increased demands on the tensile strength of the Ropes, so the traditional hemp rope is none in today's industrial practice Role plays more.
Das Zertrennen sehr harter Werkstoffe ist nach dem derzeitigen Stand der Technik nach dem Prinzip des Trennens mit Seilen durchaus möglich. Das besondere Problem liegt jedoch in der Forderung nach möglichst geringer Schnittbreite begründet. Drähte mit einem Durchmesser von 1 mm und mehr erlauben es auch bei Verwendung konventioneller Antriebsmechanismen, die geforderten Spann- und Schnittkräfte auf das Seil zu übertragen.The cutting of very hard materials is the current state of the art Technology based on the principle of rope separation. The special However, the problem lies in the requirement for the smallest possible cutting width justified. Allow wires with a diameter of 1 mm and more it also when using conventional drive mechanisms that required Transfer tension and cutting forces to the rope.
Die hier geforderte Schnittbreite macht es jedoch erforderlich, den Drahtdurchmesser auf wenige zehntel Millimeter zu reduzieren. Dies kann jedoch nur dann gelingen, wenn die Zugfestigkeit des Seiles in optimaler Weise der Aufnahme der Spann- und Schnittkräfte ausgeschöpft wird. Dabei kommt zur Auslegung der Vorrichtung, die die Antriebskräfte auf das Seil aufbringt, ganz besondere Bedeutung zu: Sie muß so ausgebildet sein, daß bei der durch die Werkstoffestigkeit begrenzten Drahtspannung ein möglichst großer Betrag an Schnittkraft übertragen werden kann.However, the cutting width required here requires the wire diameter to reduce to a few tenths of a millimeter. However, this can only be done succeed when the tensile strength of the rope is optimally picking up the clamping and cutting forces are exhausted. Here comes the interpretation the device that applies the driving forces to the rope, very special Significance to: It must be designed in such a way that the material strength limited as much as possible Cutting force can be transmitted.
Dabei ergibt sich ganz zwangsläufig die Schwierigkeit, daß mit den im Draht vorliegenden Zug- und Leertrumkräften einerseits im Schnitt ein Durchrutschen erzwungen werden muß, denn nur so kann es zu einem Trennvorgang kommen, daß aber andererseits mit den gleichen Zug- und Leertrumkräften auf der Antriebsseite ein Durchrutschen auf jeden Fall verhindert werden muß, da andernfalls der Antriebsmechanismus selber zertrennt werden würde. Diese Problematik wird durch den stark schwankenden Reibwert zwischen Draht und Werkstück bzw. zwischen Draht und Antriebsmechanismus erschwert. The inevitably arises the difficulty that with those in the wire existing tensile and empty strand forces, on the one hand, slipping through on average must be enforced, because only then can there be a separation process, but that on the other hand with the same tensile and empty strand forces on the drive side slipping must be prevented in any case, because otherwise the drive mechanism itself would be cut. This problem is caused by the strongly fluctuating coefficient of friction between wire and workpiece or between wire and drive mechanism.
Die oben genannten Forderungen lassen sich gemeinsam nur dann erfüllen, wenn der Umschlingungsbogen auf der Antriebseite des Drahtes ausreichend groß ist. Dabei muß jedoch ein Umschlingungsbogen vorgesehen werden, der auf einer Rolle gar nicht unterzubringen ist, sondern auf mehrere Rollen verteilt werden muß. Die Kraftaufteilung auf mehrere Rollen kann aber nur dann vorteilhaft ausgenutzt werden, wenn die Antriebswirkungen der einzelnen Rollen mit ihrem jeweiligen Motor genau aufeinander abgestimmt werden. Eine Momentenverzweigung, die alle Rollen von einem gemeinsamen Motor aus versorgt, ist hier wenig sinnvoll, denn in diesem Fall würde sich der durch Dehnschlupf unabdingbare Verschleiß besonders im Teillastbereich vernehmlich auf die erste Rolle konzentrieren, was nachteilige Auswirkungen auf die Wartungsintervalle und damit auf die Stillstandszeiten der Maschine haben würde. Außerdem wäre die mechanische Koppelung der Antriebsrollen untereinander nach dem derzeitigen Stand der Technik nicht so ohne weiteres möglich: Ein formschlüssiges Verzweigungsgetriebe (beispielsweise Zahnradgetriebe) stößt bei den hier angestrebten hohen Drahtgeschwindigkeiten und den damit verbundenen Drehzahlen sehr bald an schmierungstechnische Grenzen und jede Art von reibschlüssiger Leistungsverzweigung ist schon alleine deshalb ungeeignet, weil der dabei unvermeidlich auftretende Schlupf sich zwangsläufig an die Kontaktstellen Antriebsrolle-Diamantdraht fortsetzt und dort erhöhten Verschleiß hervorruft.The above requirements can only be met if if the wrap on the drive side of the wire is sufficient is great. However, a wrap must be provided cannot be accommodated on one roll, but on several rolls must be distributed. The distribution of forces over several roles can can only be used to advantage if the drive effects of individual roles with their respective engine precisely matched will. A moment branching that all roles from a common Motor powered, makes little sense here, because in this case would the wear indispensable due to expansion slip, especially in the partial load range audibly focus on the first role, which has adverse effects on the maintenance intervals and thus on the downtimes of the machine would have. In addition, the mechanical coupling of the drive rollers would be not so easily with each other according to the current state of the art possible: a positive branching gear (for example a gear) comes across at the high wire speeds and the associated speeds very soon to lubrication There are limits and any kind of frictional power split unsuitable solely because of the inevitable slip that occurs inevitably continues at the contact points of the drive roller-diamond wire and causes increased wear there.
Für diesen ganzen Problemkreis ist bis heute noch keine befriedigende Lösung gefunden worden. Aus diesem Grunde sind Drahtseilsägen dort, wo es um höchste Präzision geht, beispielsweise auf dem Halbleitersektor, noch nicht über das Versuchsstadium hinausgekommen und konnten sich bislang noch nicht in der industriellen Praxis durchsetzen.To date, there is still no satisfactory solution to this whole problem area been found. For this reason, wire rope saws are where it is high precision is still an issue, for example in the semiconductor sector have not gone beyond the experimental stage and have so far been able to not yet prevail in industrial practice.
Die erfindungsgemäße Lösung des Problems liegt darin, die am Antrieb beteiligten Rollen einzeln mit je einem Motor auszustatten und durch elektrische oder mechanische Abstimmung ihrer Drehzahl-Drehmomentenkennlinien untereinander die Gesamtkraft auf die einzelnen Antriebsaggregate so aufzuteilen, daßThe solution to the problem according to the invention is that of those involved in the drive Rollers to be equipped individually with one motor each and by electrical or mechanical coordination of their speed-torque characteristics with each other to divide the total force between the individual drive units that
- 1. die einzelnen Antriebsrollen mit gleicher oder zumindest annähernd gleicher Sicherheit gegenüber Gleitschlupf am Antrieb beteiligt sind, wodurch die übertragbare Kraft auf ein Maximum gesteigert wird und 1. the individual drive rollers with the same or at least approximately same safety against slippage are involved in the drive, whereby the transferable force is increased to a maximum and
- 2. der durch Dehnschlupf in jedem Fall erzwungene Verschleiß sich nahezu gleichmäßig auf alle Rollen verteilt.2. the wear forced by expansion slip in any case distributed almost evenly on all roles.
Ein Beispiel möge diesen Sachverhalt verdeutlichen:
Ein aus 3 Rollen bestehender Antriebsmechanismus mit gegebenen konstruktiven
Randbedingungen kann ohne Anpassung der Einzelantriebe eine Kraft
von knapp 8 N übertragen, bei Anpassung der Einzelantriebe kann diese
Kraft auf fast 10 N gesteigert werden.An example may clarify this fact:
A drive mechanism consisting of 3 rollers with given constructive boundary conditions can transmit a force of almost 8 N without adapting the individual drives. If the individual drives are adapted, this force can be increased to almost 10 N.
Die Verschleißaufteilung bei Anpassung überträgt unabhängig von der tatsächlich übertragenen Kraft immer 34,0% für die erste, 38,9% für die zweite und 27,2% für die dritte Rolle.The wear distribution when adapting transfers regardless of which actually transmitted power always 34.0% for the first, 38.9% for the second and 27.2% for the third role.
Bei nicht angepaßten Einzelantrieben übernimmt bei Vollast die erste Rolle 37,7%, die zweite Rolle 43,2% und die 3. Rolle 19,1% des Verschleißes.In the case of unmatched individual drives, the first role takes over at full load 37.7%, the second roller 43.2% and the third roller 19.1% of wear.
Sinkt die Last von 70% ihres Maximalwertes ab, so werden von der ersten Rolle 46,6% und von der zweiten Rolle 53,4% des Verschleißes übernommen, während die 3. Rolle überhaupt keinen Verschleiß mehr aufzunehmen hat. Beträgt die übertragene Kraft weniger als ein Viertel des Maximalwertes, so konzentriert sich der Verschleiß ausschließlich auf die erste Rolle.If the load drops from 70% of its maximum value, the first 46.6% of the roll and 53.4% of the wear from the second roll, while the 3rd roll has no more wear at all. If the transmitted force is less than a quarter of the maximum value, then the wear concentrates exclusively on the first roll.
Dieser Umstand gewinnt besondere Bedeutung dadurch, daß Drahtseilsägen im wesentlichen nur im Teillastbereich betrieben werden und nur für gelegentlich auftretende größere Lasten und der damit verbundenen Gleitschlupfgefahr entsprechend größer dimensioniert werden müssen.This circumstance gains special importance by the fact that wire saws are operated essentially only in the partial load range and only for occasional use occurring larger loads and the associated risk of slipping must be dimensioned correspondingly larger.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Dabei zeigtAn embodiment of the invention is below with reference to the drawings described as an example. It shows
Fig. 1 die prinzipielle Anordnung der wesentlichen Bauteile einer solchen Maschine Fig. 1 shows the basic arrangement of the essential components of such a machine
Fig. 2 die bezüglich der Seilreibung erforderliche Aufteilung der Gesamtkraft auf die einzelnen Rollen Fig. 2 shows the distribution of the total force between the individual rollers required with regard to the rope friction
Fig. 3 die Verwirklichung dieser geforderten Kraftaufteilung durch Anpassung und Ausnutzung der Drehmomenten-Drehzahlkennlinien der Antriebsmotoren. Fig. 3 shows the implementation of this required force distribution by adapting and utilizing the torque-speed characteristics of the drive motors.
Fig. 1 zeigt die wichtigsten Elemente einer solchen Maschine. Der Sägedraht 1 befindet sich mit dem Werkstück 2 im Eingriff und wird von mehreren, in diesem Fall 3 Rollen, angetrieben, die ihrerseits mit je einem hier nicht dargestellten Motor gekoppelt sind. Die Rollen 4 dienen lediglich als Umlenk- oder Führungsrollen und haben auf die Zugkraftwirkung des Drahtes keinen Einfluß. Die drei Antriebsrollen sind eng beieinander mit ihren parallelen Rotationsachsen als Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet, um einen möglichst großen Gesamtumschlingungswinkel zu er zielen. Fig. 1 shows the most important elements of such a machine. The saw wire 1 is in engagement with the workpiece 2 and is driven by several, in this case 3 rollers, which are each coupled to a motor, not shown here. The rollers 4 serve only as deflection or guide rollers and have no influence on the tensile force of the wire. The three drive rollers are arranged close together with their parallel axes of rotation as corner points of an equilateral triangle in order to achieve the largest possible wrap angle.
Im Schnitt entsteht durch die Prozeßkräfte eine Reibungskraft R, die sich als Differenz zwischen Zugtrumkraft S₁ und Leertrumkraft S₄ bemerkbar macht. Im Sinne einer konstanten Vorspannung wird die Leertrumkraft S₄ durch Gewichts- und Federmechanismus auf einen konstanten Wert gehalten. Die drei Antriebsrollen werden von ihren Motoren in eine solche Richtung angetrieben, daß entsprechend dem Kräftebedarf des Schnittes im Trum 1 die Zugtrumkraft und im Trum 4 die Leertrumkraft hervorgerufen wird.On average, the process forces create a frictional force R , which is noticeable as the difference between tensile strand force S ₁ and empty strand force S ₄. In the sense of a constant preload, the empty span force S ₄ is kept at a constant value by the weight and spring mechanism. The three drive rollers are driven by their motors in such a direction that the tensile strand force is generated in strand 1 and the empty strand force in strand 4 in accordance with the force requirement of the cut.
Je nach Antriebsbeteiligung der einzelnen Rollen bilden sich die zwischen der maximalen Zugtrumkraft S₁ und der minimalen Leertrumkraft S₄ angesiedelten Zwischenniveaus S₂ und S₃ aus.Depending on the drive involvement of the individual rollers, the intermediate levels S ₂ and S ₃ located between the maximum tensile strand force S ₁ and the minimum empty strand force S ₄ are formed.
Eine ordnungsgemäße Funktion der Maschine erfordert eine sichere Reibkraftübertragung
an den drei Antriebsrollen. In Fig. 2 wird dieser Sachverhalt
verdeutlicht:
Der Antriebsmechanismus als Gesamteinheit ist im 1. Quadranten dargestellt.
Die Leetrumkraft S₄ wird - wie oben beschrieben - für alle Betriebszustände
konstant gehalten. Ist der Draht nicht im Werkstück im Eingriff, so sind alle
Trumkräfte, also auch S₁, so groß wie S₄, der Betriebszustand liegt auf der
Winkelhalbierenden. Wird durch den Eingriff des Drahtes im Werkstück eine
Reibkraft in den Draht eingeleitet, so tritt eine betragsmäßig gleichgroße
Kraft als Umfangskraft U ges im Antriebsmechanismus auf, die die Zugtrumkraft
S₁ gegenüber der Leertrumkraft S₄ vergrößert. Diese durch den Schnittprozeß
verursachte Kraftdifferenz U ges =S₁-S₄ darf einerseits so groß
werden, wie es der Reibwert und der Umschlingungswinkel aller Antriebsrollen
zulassen; im 1. Quadranten von Fig. 2 ist der für die Kraftübertragung
kritische Grenzfall der Rutschgrenze dargestellt (Gerade mit der größten
Steigung).
Proper functioning of the machine requires safe transmission of frictional force on the three drive rollers. This situation is illustrated in FIG. 2:
The drive mechanism as a whole is shown in the 1st quadrant. The leetrum force S ₄ is - as described above - kept constant for all operating states. If the wire is not engaged in the workpiece, all strand forces, including S ₁, are as large as S ₄, the operating state is on the bisector. If a frictional force is introduced into the wire due to the engagement of the wire in the workpiece, a force of the same magnitude occurs as peripheral force U tot in the drive mechanism, which increases the tensile strand force S ₁ compared to the empty strand force S ₄. This force difference caused by the cutting process U tot = S ₁- S ₄ may on one hand be as large as permitted by the coefficient of friction and the wrap of all the drive rollers; The first quadrant of FIG. 2 shows the limit case of the slip limit which is critical for the power transmission (straight line with the greatest slope).
Andererseits ist ein Vermeiden der materialschädigenden Rutscherscheinung aber auch nur dann garantiert, wenn der Reibschluß einer jeden einzelnen Rolle nicht überschritten wird. Zur Verdeutlichung dieses Sachverhaltes sind die 3 einzelnen Rollen in Fig. 2 in ähnlicher Weise in 3 weiteren Quadranten dargestellt. Der Rutschgrenzenleitstrahl in diesen drei Quadranten verläuft natürlich wesentlich flacher als der im 1. Quadranten, da unter Zugrundelegung eines an allen Rollen gleichgroßen kritischen Reibwertes im 1. Quadranten der gesamte Umschlingungswinkel aller 3 Rollen, in den anderen 3 Quadranten jedoch nur der der zugehörigen Rolle anteilsmäßig zugeordnete Umschlingungswinkel berücksichtigt wird.On the other hand, avoidance of the material-damaging slip is only guaranteed if the frictional engagement of each individual roller is not exceeded. To clarify this state of affairs, the 3 individual roles are similarly shown in FIG. 2 in 3 further quadrants. The slip limit guide beam in these three quadrants is of course much flatter than that in the first quadrant, since on the basis of a critical coefficient of friction of the same size on all rolls, the total wrap angle of all 3 rolls in the first quadrant, but only proportionately in the other 3 quadrants assigned wrap angle is taken into account.
Aus dieser Darstellung wird ersichtlich, daß die an der einzelnen Rolle aufgebrachte Umfangskraft nur so groß werden darf, wie es sich auf der jeweils vorliegenden Leertrumkraft ergibt. Die an den einzelnen Rollen aufgebrachten Umfangskräfte U₁, U₂ und U₃ ergeben schließlich in ihrer Summe die Gesamtumfangskraft U ges . Für den optimalen Betrieb muß die Aufteilung von U ges in die Einzelbestandteile U₁, U₂ und U₃ also unabhängig von der Vorspannung S₄ immer eine ganz bestimmte Verhältnismäßigkeit aufweisen. Um eine größere Gesamtumfangskraft U ges ausnutzen zu können, muß die Vorspannung S₄ gesteigert werden. Die Grenze ist jedoch da erreicht, wo die dabei auftretende maximale Trumkraft S₁ die Zugfestigkeit des Drahtes überschreitet.From this representation it can be seen that the circumferential force applied to the individual roll may only be as great as is the result of the respective empty strand force. The applied to the individual rollers circumferential forces U ₁, U ₂ and U ₃ finally add up to the total circumferential force U tot . For optimal operation, the division of U tot into the individual components U ₁, U ₂ and U ₃ must therefore always have a very specific proportion, regardless of the bias S ₄. In order to be able to utilize a larger total circumferential force U ges , the preload S ₄ must be increased. The limit is reached, however, where the maximum strand force S ₁ that occurs exceeds the tensile strength of the wire.
Im Sinne des gleichmäßigen Verschleißes aller drei Rollen und gleicher Leistung aller 3 Antriebsmotoren wäre eine Aufteilung der Gesamtumfangskraft in 3 gleichgroße Einzelkomponenten wünschenswert. Dies läßt sich jedoch nur annähernd erreichen.In terms of the uniform wear of all three rollers and the same performance all 3 drive motors would be a distribution of the total circumferential force in 3 individual components of equal size desirable. However, this can be done only close to reaching.
Aus diesem Grunde sind auch die drei Rollen unsymmetrisch angeordnet (Fig. 1), um der von vornherein benachteiligten dritten Rolle durch Vergrößerung des Umschlingungswinkels wieder etwas mehr Umfangskraft zumuten zu können. Durch diese Anordnung wird der Umschlingungswinkel der ersten Rolle kleiner, was ebenfalls der Angleichung der Umfangskräfte untereinander dienlich ist.For this reason, the three rollers are also arranged asymmetrically ( FIG. 1) in order to be able to exert somewhat more circumferential force on the third roller, which has been disadvantaged from the start, by increasing the wrap angle. As a result of this arrangement, the wrap angle of the first roller becomes smaller, which is also useful for aligning the circumferential forces with one another.
Die wesentliche Aufgabe besteht also darin, die Umfangskräfte an den drei einzelnen Rollen durch den sie antreibenden Motor individuell abzustimmen. Dieser Vorgang soll vorzugsweise mit einfachen Mitteln, also ohne meß- und regeltechnischen Aufwand bewerkstelligt werden. The main task is therefore the peripheral forces on the three individual roles individually by the motor driving them. This process should preferably be done with simple means, ie without measuring and control engineering effort can be accomplished.
Die Lösung des Problems der Antriebskraftaufteilung wird in diesem Beispiel durch eine Anpassung der elektromechanischen Eigenschaften der einzelnen Motore an die jeweiligen Kraftübertragungserfordernisse bewerk stelligt.The solution to the problem of power split is shown in this example by adjusting the electromechanical properties of the individual motors to the respective power transmission requirements sets.
Das Prinzip wird in Fig. 3 erläutert:
Im 1. Quadranten sind die Motorkennlinien aufgetragen, die ein Nebenschlußverhalten
zeigen müssen, da andernfalls der Antrieb im lastlosen
Zustand eine übermäßig große Geschwindigkeit annehmen würde. Die Drehzahl
eines jeden Motors, multipliziert mit dem dazugehörigen Rollenradius,
ergibt die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen, der der Drahtgeschwindigkeit
gleichzusetzen ist (Quadrant 4).The principle is explained in Fig. 3:
The motor characteristics are plotted in the 1st quadrant, which must show a shunt behavior, since otherwise the drive would assume an excessively high speed in the no-load state. The speed of each motor, multiplied by the associated roll radius, gives the circumferential speed of the rolls, which is equivalent to the wire speed (quadrant 4).
Das Moment des Motors, dividiert durch den dazugehörenden Rollenradius, führt auf die am Umfang entstehende Kraft (2. Quadrant). Beide Zusammenhänge sind linear und bei entsprechender Skalierung läßt sich dieselbe Gerade sowohl im 2. als auch im 4. Quadranten benutzen.The torque of the motor divided by the corresponding roller radius leads to the force arising on the circumference (2nd quadrant). Both connections are linear and if scaled accordingly, the same straight line can be created use in both the 2nd and 4th quadrants.
Da alle drei Antriebsrollen über den gemeinsamen Draht gekoppelt sind, müssen für einen bestimmten Betriebszustand die Umfangsgeschwindigkeiten aller drei Rollen gleich sein. Da die einzelnen Rollen gleichen Durchmesser aufweisen, laufen alle 3 Motoren zwangsläufig mit gleicher Drehzahl.Since all three drive rollers are coupled via the common wire, the peripheral speeds for a certain operating state be the same for all three roles. Because the individual rolls have the same diameter all 3 motors inevitably run at the same speed.
Zur weiteren Verdeutlichung der Umfangskraftaufteilung läßt sich der 3. Quadrant heranziehen: Die Umfangskräfte U₁, U₂ und U₃, die jeweils als Einzelkomponenten auf der Abzisse wiederzufinden sind, lassen sich als Summe U ges =U₁+U₂+U₃ auf der Ordinate auftragen. Die nach Fig. 2 ermittelte optimale Umfangskraftverteilung läßt sich dann als Geradenbündel im 3. Quadranten von Fig. 3 darstellen.To further clarify the division of the circumferential force, the third quadrant can be used: The circumferential forces U ₁, U ₂ and U ₃, which can be found as individual components on the abscissa, can be summed up as U tot = U ₁ + U ₂ + U ₃ plotting the ordinate. The optimal circumferential force distribution determined according to FIG. 2 can then be represented as a bundle of straight lines in the third quadrant of FIG. 3.
Die Verhältnismäßigkeit zwischen U₁, U₂ und U₃ soll unabhängig von der Gesamtlast U ges einen ganz bestimmten Wert einhalten. Die einzelnen Umfangskräfte ergeben über den Rollenradius entsprechende Momente. Diese i. a. unterschiedlichen Momente müssen aber bei der gleichen Drehzahl wirksam werden. Daraus ergeben sich im 1. Quadranten unterschiedliche Kennlinien für die drei Motoren: Im Leerlauf ist gleiche Drehzahl gefordert, je nach Last übernimmt der einzelne Motor soviel Moment, wie für ihn nach der im 3. Quadranten dargestellten Verhältnismäßigkeit vorgesehen ist. The proportionality between U ₁, U ₂ and U ₃ should maintain a certain value regardless of the total load U tot . The individual circumferential forces result in corresponding moments over the roller radius. However, these generally different moments must be effective at the same speed. This results in different characteristics for the three motors in the 1st quadrant: The same speed is required when idling, depending on the load, the individual motor takes on as much torque as is intended for it according to the proportionality shown in the 3rd quadrant.
Die zweite der eingangs genannten Forderungen gewinnt besondere Bedeutung dadurch, daß das abtrennende Werkzeug unter Einwirkung der Prozeßkräfte und der verschleißbedingt ungleichmäßigen Schneidfähigkeit des Werkzeuges ausgelenkt wird und so zu einer unpräzisen Werkstückgeometrie führt.The second of the requirements mentioned at the beginning is of particular importance characterized in that the cutting tool under the influence of Process forces and the wear-related uneven cutting ability of the tool is deflected, resulting in an imprecise workpiece geometry leads.
Die Trennflächen sind weder plan noch parallel, sondern in sich verwunden, was vereinfacht als "bow" bzw. "warp" bezeichnet wird.The dividing surfaces are neither flat nor parallel, but twisted in themselves, which is simply called "bow" or "warp".
Wie Fig. 4 zeigt, ist dieser Fehler auch durch nachgeschaltete Bearbeitungsschritte nicht mehr zu beheben.As FIG. 4 shows, this error can no longer be remedied even by subsequent processing steps.
Die abgetrennte Ronde 1 hat zwei unebene Begrenzungsflächen, wobei der "warp" bis zu einigen hundertstel mm betragen kann. Wird dieses dünne Werkstück nun zur weiteren Bearbeitung zweckmäßigerweise durch Unterdruck auf eine ebene Fläche gespannt, so wird die mit dieser ebenen Aufspannfläche in Berührung stehende Rondenfläche unter Ausnutzung der elastischen Verformbarkeit der Ronde ebenfalls in eine ebene Lage gezwungen (2). Die gegenüberliegende Fläche läßt sich durch entsprechende Bearbeitungsverfahren in dieser Lage in einen ebenen Zustand überführen, so daß in dieser Lage zwei planparallele Flächen entstehen (3). Wird das Werkstück jedoch wieder entspannt, so nimmt die der ebenen Spannstelle zugewandte Seite der Ronde - aufgrund ihrer Elastizität - wieder ihre ursprüngliche Form an (4). Auch alle weiteren nachgeschalteten Bearbeitungsgänge können diesen fehlerhaften Umstand nicht beheben. Man erhält zwar parallele, nicht jedoch plane Flächen.The separated blank 1 has two uneven boundary surfaces, and the "warp" can be up to a few hundredths of a millimeter. If this thin workpiece is now expediently clamped onto a flat surface for further processing, the blank surface in contact with this flat clamping surface is also forced into a flat position using the elastic deformability of the blank ( 2 ). The opposite surface can be converted into a flat state in this position by appropriate processing methods, so that two plane-parallel surfaces are created in this position ( 3 ). However, if the workpiece is relaxed again, the side of the round plate facing the flat clamping point resumes its original shape due to its elasticity ( 4 ). All other subsequent processing steps cannot remedy this faulty situation. You get parallel, but not flat surfaces.
Die Problematik der absolut planparallelen Oberflächen kann, wie in OS-DE 36 13 132 beschrieben, durch eine Integration von Abtrenn- und Einebnungsprozeß gelöst werden.The problem of absolutely plane-parallel surfaces can, as in OS-DE 36 13 132 described by an integration of separation and Leveling process to be solved.
Wie in Fig. 5 erläutert, wird die unebene Stirnfläche des Barrens (1) durch einen spanabhebenden Abtrag eingeebnet, wobei neben dem vorzugsweise angewandten Schleifen auch Fräsen, Drehen, elektrolytisches und erosives Abtragen möglich sind. Der anschließende Abtrennvorgang mit einer Drahtsäge hinterläßt sowohl am Barren als auch an der einen Seite der abgetrennten Ronde eine unebene Begrenzungsfläche (3). As explained in FIG. 5, the uneven end face of the ingot ( 1 ) is leveled by machining, whereby in addition to the grinding that is preferably used, milling, turning, electrolytic and erosive removal are also possible. The subsequent cutting process with a wire saw leaves an uneven boundary surface ( 3 ) both on the ingot and on one side of the cut blank.
Da jedoch die abgetrennte Ronde eine absolut ebene Bezugsfläche aufweist, kann sie auf dieser verzugsfrei gespannt werden, so daß dann auch die gegenüberliegende Fläche planparallel dazu bearbeitet werden kann. Wird die Ronde danach wieder von der Spannstelle entfernt, so verwirft sie sich nicht mehr. Vor einem weiteren Abtrennvorgang wird die Stirnseite des Barrens wieder geebnet.However, since the separated blank has an absolutely flat reference surface, can be tensioned on this without distortion, so that then the opposite surface can also be machined plane-parallel to it can. If the blank is then removed from the clamping point again, so it no longer rejects. Before another disconnect the front of the ingot leveled again.
Bei diesem Verfahren ist es unerheblich, ob Abtrenn- oder Abtragsvorgang sich auf eine senkrecht zur Barrenachse stehende Fläche beziehen oder zu dieser senkrechten Lage eine - zumeist jedoch geringfügige - Schiefstellung einnehmen.With this method, it is irrelevant whether the removal or removal process refer to a surface perpendicular to the bar axis or a - mostly minor - to this vertical position Assume misalignment.
Eine Vorrichtung, die die beiden eingangs aufgestellten Forderungen unter Ausnutzung des oben Erläuterten erfüllt, muß also aus einer Kombination von Drahtseilsäge und Abtragsmaschine bestehen, wobei aus Gründen der Zeitersparnis eine Konstellation anzustreben ist, die das Abtragen bzw. das Einebnen der Stirnfläche des Barrens und das Abtrennen der Ronde nicht zeitlich nacheinander, sondern zeitlich überlappend vollzieht.A device that meets the two requirements set out at the beginning Exploitation of what has been explained above must therefore be a combination of wire rope saw and material removal machine, for the sake of To save time, a constellation is to be striven for, which is the removal or the Do not flatten the face of the ingot and detach the round blank one after the other, but overlapping in time.
Die Fig. 6-10 zeigen die wesentlichen Bestandteile einer Vorrichtung zu oben beschriebenem Verfahren. FIGS. 6-10 show the main components of a device to the process described above.
In Fig. 6 ist die Ausgangsposition des Trennvorganges dargestellt: Der zu zerteilende Barren 2, der im allgemeinen Fall keine plane Stirnfläche aufweist, ragt in den ringförmigen Schleifkörper 11 einer rotierenden Topfschleifscheibe hinein, wobei die Stirnfläche des Barrens vollständig in den Ring 11 eintauchen muß.In FIG. 6, the initial position of the cutting operation is shown: the to Separating bars 2 having no planar end face in the general case, extends into the annular grinding wheel 11 in a rotating grinding cup, wherein the end face of the billet must be completely immersed in the ring 11.
Wird nun der Barren 2 in der in Fig. 7 dargestellten Weise senkrecht zur Rotationsachse der Schleifscheibe 11 bewegt, so trägt diese Schleifscheibe am Ende des Barrens Material ab, so daß ungeachtet der ursprünglichen Geometrie die Stirnfläche des Barrens völlig eben wird.If the ingot 2 is moved perpendicularly to the axis of rotation of the grinding wheel 11 in the manner shown in FIG. 7, this grinding wheel removes material at the end of the ingot, so that regardless of the original geometry, the end face of the ingot becomes completely flat.
Im weiteren Verlauf dieser Vorschubbewegung kommt der Barren 2 mit dem Sägedraht 12 in Eingriff (Fig. 8). Der Sägedraht 12 ist relativ zur Schleifscheibe 11 so angeordnet, daß er vom Barren 2 einen Wafer abtrennt, wobei die Dicke so bemessen ist, daß das Fertigmaß noch um ein erfahrungsgemäß ermitteltes Aufmaß vergrößert werden muß.In the further course of this feed movement, the ingot 2 comes into engagement with the saw wire 12 ( FIG. 8). The saw wire 12 is arranged relative to the grinding wheel 11 in such a way that it separates a wafer from the ingot 2 , the thickness being such that the finished size still has to be increased by an allowance determined by experience.
Bei weiter fortschreitender Vorschubbewegung (Fig. 9) kommt die Schleifscheibe 11 außer Eingriff, während der Trennprozeß noch andauert. Der Sägedraht 12 wandert unter der Einwirkung der Prozeßkräfte auch in Axialrichtung des Barrens geringfügig aus, so daß der Schritt sowohl auf dem Barren als auch auf der soeben geschnittenen Waferfläche Unebenheiten zurückläßt.As the feed movement continues ( FIG. 9), the grinding wheel 11 disengages while the separation process is still ongoing. The sawing wire 12 also migrates slightly in the axial direction of the ingot under the influence of the process forces, so that the step leaves unevenness both on the ingot and on the wafer surface just cut.
Nach Ende des Trennvorganges (Fig. 10) wird der Wafer 13 aus der Bearbeitungszone heraustransportiert, was im Falle der Drahtsäge besonders einfach ist, weil das Werkzeug, in diesem Fall der Draht, keine störenden Kräfte mehr auf das Werkstück ausüben kann.After the separation process ( FIG. 10), the wafer 13 is transported out of the processing zone, which is particularly simple in the case of the wire saw, because the tool, in this case the wire, can no longer exert disruptive forces on the workpiece.
Die eine Seite des Wafers 13 hat durch die Schleifbearbeitung eine absolut plane Oberfläche erhalten, so daß der Wafer anschließend auf dieser einen ebenen Fläche vorzugsfrei auf eine ebenfalls ebene Fläche vorzugsweise mit Vakuum aufgespannt werden kann, so daß die gegenüberliegende Fläche bearbeitet werden kann mit dem Ziel, eine ebenfalls plane, zur ersten Fläche parallele Fläche zu erzielen. Dieser letztere Bearbeitungsschritt wird ebenfalls vorzugsweise durch Schleifen bewerkstelligt.One side of the wafer 13 has been given an absolutely flat surface by grinding, so that the wafer can then preferably be clamped on this flat surface, preferably with a vacuum, on a flat surface, so that the opposite surface can be processed with the aim to achieve a plane that is also plane and parallel to the first surface. This latter processing step is also preferably accomplished by grinding.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19883844520 DE3844520A1 (en) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Method and apparatus for splitting up semiconductor ingots into semiconductor wafers with at least one plane surface |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3804873A DE3804873A1 (en) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | METHOD AND DEVICE FOR DIVIDING SEMICONDUCTOR BARS IN SEMICONDUCTOR BLANKS WITH AT LEAST ONE PLANE SURFACE |
| DE19883844520 DE3844520A1 (en) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Method and apparatus for splitting up semiconductor ingots into semiconductor wafers with at least one plane surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3844520A1 true DE3844520A1 (en) | 1989-09-14 |
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ID=25864930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19883844520 Withdrawn DE3844520A1 (en) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Method and apparatus for splitting up semiconductor ingots into semiconductor wafers with at least one plane surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3844520A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7018268B2 (en) | 2002-04-09 | 2006-03-28 | Strasbaugh | Protection of work piece during surface processing |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3613132A1 (en) * | 1986-04-18 | 1987-10-22 | Mueller Georg Nuernberg | METHOD FOR DIVIDING HARD, NON-METAL MATERIALS |
| DE3622482A1 (en) * | 1986-07-04 | 1988-01-14 | Mtu Muenchen Gmbh | Wire cutter auxiliary device |
-
1988
- 1988-02-17 DE DE19883844520 patent/DE3844520A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE3613132A1 (en) * | 1986-04-18 | 1987-10-22 | Mueller Georg Nuernberg | METHOD FOR DIVIDING HARD, NON-METAL MATERIALS |
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