DE2061135A1

DE2061135A1 - Praezisionssaegevorrichtung

Info

Publication number: DE2061135A1
Application number: DE19702061135
Authority: DE
Inventors: Johannes Grandia; Rohr Robert Lewis
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-12-30
Filing date: 1970-12-11
Publication date: 1971-07-15
Also published as: DE2061135C3; FR2072115A1; CA953210A; FR2072115B1; GB1322963A; JPS4927980B1; US3674004A; DE2061135B2

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maichinen Getelhdmft mbH

Böblingen, den 7. Dezember 1970 wi -ba

Anmelderin: International, Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 969 052

P rä ζ i s i ons s ägevorri ch tung

Die Erfindung betrifft eine Präzisionssägevorrichtung/ insbesondere für die Bearbeitung von Halbleiter- und ähnlichen Bauelementen, wie z. B. die Herstellung von Halbleiterplättchen (Chips) aus Halbleiterplatten (Wafer).

Der wirtschaftlichen Herstellung von kleinsten Bauelementeteilen, insbesondere für die Zwecke der Datenverarbeitung, kommt eine ständig wachsende Bedeutung zu. Denn bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden außerordentlich große Stückzahlen kleinster Elemente benötigt, deren Abmessungen im Bereich von 0,1 mm und darunter liegen. Außerdem geht die Entwicklung dahin, diese Elemente noch kleiner zu gestalten, tan auf einer gegebenen Fläche eine höhere Zahl von Elementen unterbringen zu können und damit die Kapazität der einzelnen Schaltungseinheiten gegebener Grö-Be zu erhöhen.

Zur Herstellung der Einzelelemente wird eine als Wafer bezeichnete Halbleiterplatte in einzelne Würfel aufgesägt. Dazu verwendet man bisher im Prinzip konventionell aufgebaute Sägevorrichtungen, denen das Sägeelement, z. B. ein Sägeblatt oder ein Sägedraht,

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unter Zugspannung in einen Rahmen eingespannt ist. Um eine größere Anzahl Schnitte gleichzeitig ausführen zu können, hat man auch eine entsprechende Anzahl Sägeeiemente zum Sägen der Würfel als Paket lamellenartig eingespannt. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 263 670 beschrieben.

Die bei einer solchen Einspannung auf die einzelnen 6ägeelemente ausgeübte Zugkraft erfordert aber einen bestimmten Mindestquerschnitt, wobei in der Praxis die Mindestdicke der Sägeblätter bei etwa 0,1 mm liegt. Versuche, die Dicke der Sägeelemente noch weiter zu verringern, haben ergeben, daß solche Sägeelemente infolge der hohen Beanspruchung zu Bruch gehen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung der Sägeelemente ist, daß beim Einspannen des Pakets nicht alle Sägeelemente unter der gleichen Spannung stehen, so daß die Sägeschnitte unterschiedliche Qualität aufweisen, insbesondere die Ausbildung der Chipkanten uneinheitlich ist und deshalb die Gefahr besteht, daß einzelne Chips oder ganze Reihen unbrauchbar sind.

Man kann natürlich zwischen den aktiven Halbleiterflächen und den Schnittkanten der einzelnen Chips entsprechende Abstände vorsehen, doch beeinträchtigt das unvermeidlich die Ausnutzung der Waferfläche und erhöht daher die Herstellkosten.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Sägevorrichtungen ist darin zu sehen, daß bei der Beschädigung oder beim Bruch eines Sägeelementes innerhalb des gesamten Pakets keine Möglichkeit besteht, ein neues Sägeblattpaket mit gleicher Ausrichtung einzuspannen und den Barbeitungsvorgang zu vollenden. Denn der Bruch eines einzelnen Elements wirkt sich unvermeidbar auf die Anordnung aller andern Sägeblätter aus, so daß das gerade bearbeitete Werkstück weggeworfen werden muß.

Die Erfindung geht somit davon aus, daß mit den bekannten Sägevorrichtungen einwandfreie Sägeachnitte in Halbleiterscheiben von we-

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niger als 0,1 η nicht erreichbar sind un daher eine Steigerung in der Ausnutzung der Waferflachen nicht möglich ist, sowie daß die Ausschußrate, sei es durch beschädigte Chipkanten, sei es durch beschädigte oder gebrochene Sägeelemente, bei Verwendung der bekannten Sägevorrichtungen unbefriedigend ist. Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sägevorrichtung zu schaffen, mit der wesentlich geringere Sägeschnittbreiten herstellbar sind und die Gefahr der Beschädigung der Schnittkanten und damit die Ausschußrate erheblich verringert, wenn nicht ganz ausgeschaltet wird. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß das Sägeblatt starr, jedoch zugspannungsfrei in eine Nut eines Halters eingesetzt ist. Mit der Sägevorrichtung nach der Erfindung können aus einer gegebenen Halbleiterplatte mehr Chips hergestellt werden, da die Verlustfläche maßgeblich verringert ist. Weiterhin ist die Gefahr der Beschädigung der Kanten beim Schneiden der Chipwürfel verringert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sägevorrichtung ist, daß bei abgenutzten Sägeelementen das Einsetzen neuer Sägeelemente in die Halterung ohne weiteres möglich ist, wobei abgenutzte Sägeblätter nach ihrer Aufarbeitung wiederholt benutzt werden könnnen, während bei den bekannten paketierten Sägeelementen eine wiederholte Verwendung nicht möglich ist.

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Sägevorrichtung verursacht somit an sich schon erheblich verringerte Betriebskosten, und darüber hinaus können mit ihr Schnittspalten erzielt werden, die bisher als nicht erreichbar angesehen wurden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Pig, IA eine schaubildliche Ansicht einer Anzahl in einem genuteten Halter zugspannungsfrei eingesetzter Sägeblätter,

Pig. iß eine Vorderansicht der Anordnung gemäß Fig. IA, Docket YO 969 052 1 0 9 8 2 9 / 1 0 7 5

Fig. 2 eine teilweise auseinandergezogene schaubildliche Ansicht einer Sägevorrichtung mit Schneidblock, Schlittenführung, Antrieb und Justiervorrichtung,

Fig. 3A eine Draufsicht auf den Schneidschlitten von unten und

Fig. 3B eine Draufsicht auf den Schneidschlitten von

oben bei abgenommenem Sägeblatthalter, wobei beide Figuren zur Darstellung der Justiervorgänge dienen.

In Fig. IA ist ein Halter 1 mit einer Anzahl Nuten 2 dargestellt, in denen je ein Sägeblatt 3 eingesetzt ist. Der Halter 1 besteht aus einem leicht genau maßhaltig zu bearbeitenden und besonders maßhaltigen Werkstoff, wie z. B. pyrolytischem Graphit. Die Sägeblätter 3 sind vorzugsweise aus Federstrahl hergestellt, und ihre Dickenabmessung entspricht genau der Breite der Nuten 2. Bei der Auswahl des Werkstoffes für die Sägeblätter 3 kommt es insbesondere auch auf eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen die Schleif- und Schmirgelwirkung des entstehenden Schleifpulvers bzw. -Schlammes an. Die Dicke der Sägeblätter 3 wird den Erfordernissen entsprechend gewählt und liegt im allgemeinen im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 mm.

Zur maßgenauen Herstellung der Nuten 2 im Halter 1 wird in Verbindung mit dem formbeständigen und porösen Material das günstigste Ergebnis durch Verwendung rotierender Sägewerkzeuge erzielt, wobei die Anforderungen an die Einstellgenauigkeit eine Toleranz von nicht mehr als etwa 7 μ zulassen.

Wie Fig. IB zeigt, befinden sich in den Sägeblättern 3 eine Anzahl rechteckiger Einschnitte 4, die sowohl zur Verteilung des Schleifpulvers als auch zur Entfernung von Teilchen aus den zu achneidenden Nuten dienen. Die Größe der Einschnitte 4 wird ent-

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sprechend der Dicke der Sägeblätter 3 gewählt.

Wie bereits erwähnt stimmt die Dicke der Sägeblätter 3 mit der Breite der Nuten 2 überein, so daß ein genauer Paßsitz erreicht wird. Die Nuten 2 werden mit hoher Präzision hergestellt, so daß die vom Herstellprozeß der Sägeblätter 3 möglicherweise noch vorhandenen Unregelmäßigkeiten durch die Zwangsführung der Sägeblätter 3 in den Nuten 2 ausgeglichen werden und eine exakte Ausrichtung erfolgt. Daher ist eine Nachbearbeitung der Sägeblätter 3 vor dem Einsetzen in die Nuten 2, bei der eine gewisse Gefahr für die Beschädigung der Kanten besteht, nicht erforderlich. Weiterhin sind die Nuten 2 ziemlich tief ausgebildet, wodurch die Ausrichtwirkung auf die Sägeblätter 3 noch verbessert wird. Der aus dem Halter 1 herausragende Teil der Sägeblätter 3 verhält sich zu der Tiefe der Nuten 2 vorzugsweise etwa wie 1:4.

Zur Verbesserung der Haftwirkung zwischen den Nuten 2 und den eingelegten Sägeblättern 3 kann außerdem ein Bindemittel, wie z. B. Glykolphthalate verwendet werden, das man vorher auf die Oberflächen der Nuten 2 aufträgt. Infolge der ausgeprägten Porosität des Werkstoffes des Halters 1 dringt dieses Bindemittel in die Poren ein und benötigt keinen Raum zwischen den Sägeblättern 3 und der Nutoberfläche. Mit dem Abkühlen des Bindemittels entsteht eine feste Verbindung.

Sollen die Sägeblätter 3 infolge ihrer Abnutzung ausgewechselt werden, so wird der Halter 1 so weit erwärmt, daß das Bindemittel flüssig wird und die Verbindung zwischen den Sägeblättern 3 und dem Halter 1 gelöst wird. Anschließend wird ein neuer Satz Sägeblätter 3 eingesetzt, und mit erneuter Abkühlung beginnt die Klebewirkung des Bindemittels.

Die in Fig. 2 dargestellte Sägevorrichtung besteht aus einem Schneidblock 10, einer Schlittenführung 11, einem Antrieb 12 und einer Justiervorrichtung 13; sie dient dazu, in ein Werkstück 14, z. B. einem sogenannten Wafer «us halbleitendem Material, genau

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parallel geführte Nuten zu sägen, gegebenenfalls zu dem Zweck, aus dem Wafer einzelne Würfel zu bilden.

Der Schneidblock 10 besteht aus einem Führungsblock 15 mit einer Führung 16 an der Unterseite zur Aufnahme des Halters 1. Der Führungsblock 15 und die Führung 16 zur Aufnahme des Halters 1 sind mit der gleichen Genauigkeit bearbeitet wie zuvor für die Herstellung der Nuten 2 im Halter 1 angegeben. Zur Fixierung des Halters 1 in der Führung 16 dienen durch den Führungsblock 15 und den Halter 1 gesteckte Stifte 17. Die obere Fläche des Führungsblocks 15 kann zur Aufnahme unterschiedlicher Gewichte ausgebildet sein, wodurch der beim Sägen der Werkstücke 14 wirksame Druck einstellbar ist.

Die Schlittenführung 11 enthält einen Schneidschlitten 18, der auf zwei in Trägerrahmen 20 gelagerten Führungsschienen 19 verschiebbar gelagert ist. Ein Ausschnitt 21 im Schneidschlitten 18 dient zur Aufnahme des Führungsblocks 15 und ist dessen Abmessungen genau angepaßt. Während des Sägevorganges wird der Schneidschlitten 18 über den Antrieb 12 parallel zu den Führungsschienen 19 hin und her bewegt.

Der Antrieb 12 besteht aus einem regelbaren Gleichstrommotor 22, der über ein Getriebe 23 und eine Welle 24 auf einen Exzenterantrieb 25 wirksam ist. Der Exzenterantrieb 25 ist mittels eines Exzenterbolzens 27 und einer Lagerbuchse 28 mit einer Schubstange 26 gekoppelt, deren entgegengesetztes Ende gleichfalls mittels eines Bolzen 29 und einer Lagerbuchse 30 mit dem Schneidschlitten 18 verbunden ist. Zur Veränderung der Hublänge bei der Hin- und Herbewegung des Schneidschlittena 18 ist der Exzenterantrieb 25 mit einer Anzahl Bohrungen 31 versehen, mittels deren die Exzentrizität einstellbar ist.

Die Justiervorrichtung 13 besteht aus einem Rahmen 32, einer darauf befindlichen Platte 34 mit einem Drehtisch 33, Richteäulen 35 und einem Justierrahmen 36. Die Richtsäulen 35 sind nahe den

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Ecken einer Trägerplatte 37 eingesetzt, die auf einer Grundplatte 38 befestigt ist, und dienen zur Vertikalführung der Trägerrahmen 20, wozu diese mit entsprechenden Bohrungen 39 versehen sind.

Das Werkstück 14 ist auf dem Drehtisch 33 befestigt und kann relativ zu den Richtsäulen 35 und daralt zum Trägerrahmen 20 verstellt werden. Da die Führungsschienen 19 den Schneidschlittten 18 in einer bestimmten Horizontallage zum Trägerrahmen 20 führen, befindet sich der Führungsblock 15 seinerseits in einer definierten Lage zu den Richtsäulen 35. Mittels der Justage des Drehtisches 33 und der beweglich gelagerten Platte 34 kann somit das Werkstück 14 zu den Sägeblättern 3 ausgerichtet werden.

Zur Feineinstellung ist der Drehtisch 33 mit einer Schneckenverzahnung 40 am Umfang versehen, mit der ein in einem Lager 42 geführtes Schneckenrad 41 zusammenwirkt, das seinerseits mittels einer Stellschraube 43 betätigt wird. Die den Drehtisch 33 tragende Platte 34 ist auf im Rahmen 32 gehalterten Führungsbolzen 44 längs verschiebbar gelagert und mittels einer Mikrometerschraube 45 in der entsprechenden Längsrichtung einstellbar und zwar in einer Koordinatenrichtung rechtwinklig zur Schubrichtung des Schneidschlittens 18. Mittels der Stellschraube 43 und der Mikrometerschraube 45 kann somit das Werkstück 14 genau in die zum Sägen der Nuten erforderliche Lage in der Horizontalebene justiert werden. Zur genauen Ausrichtung der Sägeblätter relativ zum Werkstück 14 dient ein Justierrahmen 36 mit einem Richtfaden 46, und der Justierrahmen 36 ist mit Nuten 47 versehen, so daß er mittels Schrauben an der Unterseite des Schneidschlittens 18 befestigt werden kann.

Dies ist in Fig. 3A näher dargestellt. Der Schneidschlitten 18 ist In der beschriebenen Weise auf den Führungsschienen 19 ver schiebbar und der Justierrrahmen 36 mittels Schrauben 48, die durch die Nuten 47 ragen, am Schneidschlitten 18 von der Unter seite her befestigt. Im Ausschnitt 21 des Schneidschlittens 18

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sind der Führungsblock 15, der Halter 1 und die Sägeblätter 3 sichtbar, und diese Ansicht entspricht derjenigen, die der Bediener bei der Justage des Werkstückes 14 hat.

Zur Justage wird die Schlittenführung 11 von den Richtsäulen 35 abgenommen und der Schneidblock in den Ausschnitt 21 des Schneidschlittens 18 eingesetzt; sodann wird die Schlittenführung 11 mit ihrer Oberseite nach unten wieder auf die Richtsäulen 35 geschoben, und mittels der Schrauben 48 wird der Justierrahmen 36 relativ zum Schneidschlitten 18 so befestigt, daß der Richtfaden 46 genau mit einem der Sägeblätter 3 ausgerichtet ist, wie es in der Darstellung nach Fig. 3A noch nicht der Fall ist. Für diesen Ausrichtvorgang wird vorzugsweise in der Praxis ein Mikroskop benutzt werden.

Anschließend wird der Schneidblock 10 erneut aus den Richtsäulen 35 abgehoben, umgedreht und in seiner normalen Arbeitslage wieder eingesetzt. Außerdem wird der Schneidblock aus dem Ausschnitt 21 des Schneidschlittens 18 entnommen. Fig. 3 zeigt die Sicht durch den Ausschnitt 21 des Schneidschlittens 18, wenn die Schlittenführung 11 wieder auf die Richtsäulen 35 aufgeschoben wurde. Zur Vertikalausrichtung der Schlittenführung 11 relativ zum Werkstück 14 sind, wie Fig. 2 zeigt, Stellmuttern 49 vorgesehen, auf die die Fläche von Ausschnitten 50 der Trägerrahmen 20 zuliegen kommt. Mittels der Stellmuttern 49 kann so justiert werden, daß der Richtfaden 46 unmittelbar oberhalb des Werkstückes 14, jedoch ohne Berührung mit diesem bleibt.

In der Fig. 3B ist gezeigt, wie der Drehtisch 33 anhand des Richtfadens 46 so justiert werden kann, daß die Querreihen zwischen den Halbleiterflächen 51 (Chips) genau parallel zum Richtfaden 46 verlaufen. Hierzu dient, wie beschrieben, die Stellschraube 43. Außerdem kann mittels der Mikrometerschraube 45 die Platte 34, auf welcher der Drehtisch 33 gelagert ist, in der Linearrichtung senkrecht zum Richtfaden 46 verstellt werden, bis der Richtfaden 46 genau zwischen zwei Chipreihen verläuft. Nach diesem Justier-

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Vorgang wird der Justierrahmen 36 abgenommen, und der Schneidblock 10 wird wieder in den Ausschnitt 21 des Schneidschlittens 18 eingesetzt. Nun kann der eigentliche Sägevorgang beginnen.

Nach Beendigung des ersten Sägevorganges wird der Drehtisch 33 um genau 90 gedreht, so daß nun der gleiche Sägevorgang in der Richtung rechtwinklig zur ersten Nutrichtung wiederholt werden kann, so daß die in Fig. 3B dargestellten würfelförmigen Halbleiterflächen 51 entstehen. Vor dem Sägen wird jedoch auf die
Oberfläche des Werkstücks 14 Schleifpulver aufgebracht, und je feiner das Schleifpulver ist, desto maßgetreuer können die Nuten im Werkstück 14 hergestellt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Präzisionssägevorrichtung, insbesondere für die Bearbeitung von Halbleiter- und ähnlichen Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägeblatt (3) starr, jedoch zugspannungsfrei in eine Nut (2) eines Halters (1) eingesetzt ist.
2. Präzisionssägevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (1) aus einem besonders formbeständigen und porösen Werkstoff besteht.
3. Präzisionssägevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (1) aus pyrolytischem Graphit besteht.
4. Präzisionssägevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein thermoplastisches Bindemittel zur Befestigung des Sägeblattes (3) in der Nut (2).
5. Präzisionssägevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Glykolphthalat als Bindemittel verwendet wird.
6. Präzisionssägevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägeblattdicke und die Nutbreite genau übereinstimmen.
7. Präziaionssägevorrichtung nach den vorherigen Ansprüchen, gekennzeichnet durch die parallele Anordnung mehrerer Sägeblätter (3) in einem gemeinsamen Halter (1).

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