Instrumentierte Sägeversuche zur Bestimmung kritischer Prozessgrößen und Prozessoptimierung

© Foto Fraunhofer CSP

Die Belastungen (Kräfte, Momente), welche in drei Raumrichtungen auf den Siliziumblock wirken, können mithilfe von 4 Sensoren gemessen und aufgezeichnet werden.

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Kraftverläufe in Drahtlaufrichtung für einen slurrybasierten Drahtsägeschnitt.

Für die Bestimmung relevanter Prozesskriterien besteht am Fraunhofer CSP die Möglichkeit, unterschiedliche Sägeversuche und Drahtverschleißuntersuchungen zu realisieren. Die Verringerung der Prozesszeiten und des Verbrauchs von Hilfs- und Betriebsstoffen durch die Erhöhung des Materialvorschubs und die Senkung des Drahtverbrauchs lassen sich im Sägeprozess mithilfe eines instrumentierten Sägeversuchs erreichen. Die Belastungen (Kräfte, Momente), welche in drei Raumrichtungen auf den Siliziumblock wirken, werden mithilfe von 4 Sensoren (siehe obere Abb. 1) gemessen und aufgezeichnet werden. Bespielhaft zeigt die folgende Abbildung (Abb. 2) die Kraftverläufe in Drahtlaufrichtung für einen slurrybasierten Drahtsägeschnitt.

In Abhängigkeit der Prozesszeit und Kraftverläufe können drei Sägebereiche unterschieden werden, das Ein- und Aussägen sowie der eigentliche Hauptsägeprozess. Eine Optimierung des Ein- und Aussägeprozesses kann dabei hinsichtlich des Verbrauchs von Hilfs- und Betriebsstoffen sowie der Waferoberflächenschädigung erfolgen. Das Belastungsregime im Hauptsägeprozess verläuft wie im Beispiel ersichtlich sehr konstant, da sich hier mögliche Schwankungen in der Oberflächenbeschaffenheit der Wafer widerspiegeln können. Des Weiteren erlaubt die Positionsaufgelöste Kraftmessung, Unterschiede im Abtragverhalten des Sägedrahts in Abhängigkeit der Drahtfeldposition zu detektieren. Wie erkennbar, verringert sich die wirkende Kraft von der Frischdrahtseite (Sensoren 1+2) zur Gebrauchtdrahtseite (Sensoren 3+4). Diese Verringerung kann zur Siliziumkontaktlänge des Sägedrahtes und damit zum Drahtverschleiß korreliert werden. Somit lässt sich die Drahtnutzung effizienter gestalten und der Drahtverbrauch verringern.

Insgesamt betrachten wir prozessrelevante Parameter und bewerten diese hinsichtlich ihres Einflusses auf das Schnittergebnis und damit die Waferspezifikation. Die Anwendung des Messaufbaus und die wissenschaftliche Vorgehensweise erfolgt hinsichtlich grundlegender Fragestellungen zum Abtragverhalten von Silizium sowie kundenspezifischer Anforderungen.