CH702307B1 - Vorrichtung zum Herstellen von Materialscheiben aus einem Materialblock. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Materialscheiben aus einem Materialblock, mit einer Haltevorrichtung (12) für einen Materialblock (10), insbesondere einen Siliziumblock, und mit einer Drahtsäge (18), welche mehrere parallel nebeneinanderliegende, ein Sägegitter aufspannende Sägedrähte (32) aufweist, wobei die Ebene (22) des Sägegitters und die von der Drahtsäge (18) zu durchtrennende Unterseite (24) des Materialblocks (10) einen Winkel (28) einschliessen.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Materialscheiben aus einem Materialblock, mit einer Haltevorrichtung für einen Materialblock, insbesondere einen Siliziumblock, und einer Drahtsäge, welche mehrere parallel nebeneinanderliegende, ein Sägegitter aufspannende Sägedrähte aufweist.

[0002] Es ist bekannt, dass zur Herstellung von Siliziumwafern ein Siliziumblock mittels z.B. einer Drahtsäge in Siliziumscheiben zersägt wird. Hierfür muss der Siliziumblock festgehalten werden, wofür eine leistungsfähige Spannvorrichtung erforderlich ist. Aus der US 7 353 818 ist eine Haltevorrichtung bekannt, an welcher der Materialblock festgeklebt wird. Dieses Klebeverfahren ist einerseits sehr aufwändig, da die Materialscheiben nach dem Sägen wieder vom Klebstoff befreit werden müssen, andererseits ist ein hochwertiger Klebstoff erforderlich, der den Materialblock spielfrei und starr mit der Haltevorrichtung verbindet. Aus der US 7 025 665 ist eine Haltevorrichtung bekannt, in welche der Materialblock eingespannt wird. Mit diesem Spannverfahren lassen sich aber nur geringe Spanndrücke erzielen, da es sonst zu Verformungen der hergestellten Materialscheiben kommt. Ausserdem können keine Toleranzen in der Höhe der Materialscheiben überbrückt werden.

[0003] Aus der DE 10 2009 014 571 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Materialscheiben bekannt, bei der der Materialblock von einer Haltevorrichtung angesaugt wird. Zwischen die Materialscheiben werden Abstands- oder Ausgleichsscheiben eingeschoben, so dass sie mittels einer Klemmvorrichtung zusammen mit den Abstands- oder Ausgleichsscheiben geklemmt werden können. Auch bei dieser Vorrichtung besteht die geringe Gefahr, dass die hergestellten Materialscheiben durch das Klemmen verformt oder beschädigt werden. Ausserdem besteht die Gefahr, dass durch Bearbeitungsrückstände (Slurry) die rechenartigen Abstands- oder Ausgleichsscheiben verschmutzen und es dadurch zu Beschädigungen der hergestellten Materialscheiben oder zumindest deren Oberflächen kommt.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher auf einfache und preiswerte Art und Weise Materialscheiben hergestellt werden können und insbesondere die hergestellten Materialscheiben ergriffen und abtransportiert werden können, ohne dass sie beschädigt werden.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Ebene des Sägegitters und die von der Drahtsäge zu durchtrennende Unterseite des Materialblocks einen von 0° verschiedenen Winkel einschliessen.

[0006] Dadurch, dass die Ebene des Sägegitters und die von der Drahtsäge zu durchtrennende Unterseite als Materialebene des Materialblocks einen Winkel einschliessen, d.h. dass die zu durchtrennende Materialebene gegenüber der Ebene des Sägegitters schräg steht, wird der Materialblock schräg durchtrennt. Dies hat zur Folge, dass die einzelnen Materialscheiben nicht alle gleichzeitig anfallen, sondern eine Materialscheibe nach der anderen. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Materialscheiben einzeln nacheinander der Vorrichtung entnommen werden können. Für die Entnahme können geeignete Entnahmevorrichtungen verwendet werden, die die einzeln anfallenden Materialscheiben sicher, aber schonend ergreifen und handhaben.

[0007] Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Haltevorrichtung mehrere quer zur Schneidrichtung der Drahtsäge nebeneinanderliegende Halteabschnitte aufweist, die einzeln am Materialblock angreifen. Auf diese Weise können problemlos unterschiedlich grosse Materialblöcke ergriffen werden, und es werden nur so viele Halteabschnitte verwendet, wie benötigt werden. Ausserdem können die Halteabschnitte nacheinander so vom ergriffenen Materialblock entfernt werden, wie dieser durch das Abtrennen der einzelnen Materialscheiben kleiner wird.

[0008] Bevorzugt weisen die Haltevorrichtung und die mehreren nebeneinanderliegenden Halteabschnitte Vakuumhaltevorrichtungen auf. Hierdurch wird ein schnelles Ergreifen und optimales Festhalten auch bei geringfügig unebenen Oberflächen der Werkstücke gewährleistet. Zudem üben Vakuumhaltevorrichtungen, im Gegensatz zu Klemm- und Spannvorrichtungen, keine oder nur geringe Verformungskräfte auf den Materialblock aus.

[0009] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halteabschnitte quer zur Schneidrichtung der Drahtsäge oder zur Laufrichtung der Sägedrähte nebeneinanderliegen. Somit kann nacheinander jeweils einer der Halteabschnitte vom Materialblock gelöst werden, bevor die Sägedrähte im Bereich dieses Halteabschnitts den Materialblock vollständig durchtrennen. Es wird also verhindert, dass die Drahtsäge in den Halteabschnitt sägt.

[0010] Mit Vorzug ist neben dem Materialblock und neben der Drahtsäge eine Entnahmevorrichtung für die Entnahme der jeweils hergestellten Materialscheibe vorgesehen. Mittels dieser Entnahmevorrichtung wird die jeweils nacheinander vom Materialblock abgetrennte, d.h. abgesägte Materialscheibe erfasst und abgeführt. Da der Materialblock aufgrund der Schrägstellung von Materialblock und Drahtsäge quer zur Schneidrichtung der Sägedrähte abgetragen wird, befindet sich die Entnahmevorrichtung neben der Drahtsäge.

[0011] Mit Vorzug weist die Entnahmevorrichtung eine Vakuumspanneinrichtung für die nebeneinanderliegenden Halteabschnitte auf. Vakuumgreif- und -spanneinrichtungen haben den wesentlichen Vorteil, dass sie die jeweilige Materialscheibe ohne Verformung und sehr schnell ergreifen können. Ausserdem kann die jeweilige Materialscheibe positionsgenau abgelegt werden.

[0012] Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drahtsäge zwei Walzen aufweist, die achsparallel nebeneinanderliegen und über welche die Sägedrähte gespannt sind. Dabei können die Walzen einen kreiszylinderförmigen oder kreiskegelstumpfförmigen Mantel besitzen. Über die durch die Sägedrähte aufgespannte Ebene des Sägegitters, d.h. die Schnittebene, wird der Materialblock allmählich in Scheiben zerteilt, so dass die Materialscheiben an einer Seite des Blocks beginnend einzeln anfallen.

[0013] Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drehachsen der Walzen parallel zur zu durchtrennenden Materialebene des Materialblocks oder zu dessen Halteebene liegen. Um die Ebene des Sägegitters schräg zu stellen, sind vor und hinter dem Materialblock Führungsrollen für die Sägedrähte vorgesehen. Die Achsen der Führungsrollen sind gegenüber den Achsen der Walzen geneigt. Dabei tauchen die Führungsrollen mehr oder weniger weit zwischen die Walzen ein.

[0014] Vorteilhaft ist die Lage der Ebene des Sägegitters bezüglich der Lage der zu durchtrennenden Materialebene des Materialblocks mittels der Führungsrollen einstellbar. D.h., es sind der Abstand des Sägegitters vom Materialblock und der Neigungswinkel des Sägegitters einstellbar.

[0015] Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sehen vor, dass eine den Materialblock in Richtung auf die Drahtsäge zustellende Zuführvorrichtung vorgesehen ist, deren Zuführrichtung orthogonal zur Ebene des Sägegitters oder orthogonal zur von der Drahtsäge zu durchtrennenden Materialebene des Materialblocks ist. Der Materialblock wird also rechtwinklig oder leicht gekippt von der Zuführvorrichtung zugestellt.

[0016] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung drei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

[0017] In der Zeichnung zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine perspektivische Ansicht eines sich oberhalb einer Drahtsäge befindenden Materialblocks; <tb>Fig. 2<SEP>die Ansicht des Materialblocks gemäss Fig. 1 , wobei der Materialblock teilweise in die Drahtsäge eingetaucht ist; <tb>Fig. 3<SEP>die Ansicht des Materialblocks gemäss Fig. 2 , wobei eine Seite des Materialblocks nahezu vollständig durchtrennt ist; <tb>Fig. 4<SEP>die Ansicht des Materialblocks gemäss Fig. 3 , wobei ein Halteabschnitt der Haltevorrichtung abgehoben ist; <tb>Fig. 5<SEP>die Ansicht des Materialblocks gemäss Fig. 4 , wobei eine abgetrennte Materialscheibe entfernt worden ist; <tb>Fig. 6<SEP>eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit kreiskegelstumpfförmigen Walzen für die Drahtsäge; und <tb>Fig. 7<SEP>eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Führungsrollen für die Sägedrähte der Drahtsäge.

[0018] Die Fig. 1 zeigt einen Materialblock 10, z.B. einen Siliziumblock, der mittels einer Haltevorrichtung 12 festgehalten wird. Die Haltevorrichtung 12 ist Teil einer (nicht dargestellten) Zustellvorrichtung, die den Materialblock 10 in Richtung des Pfeils 14 auf ein Sägegitter 16 einer Drahtsäge 18 zustellt. Die Haltevorrichtung 12 weist mehrere, in der Zeichnung insgesamt vier Halteabschnitte 20 auf, die nebeneinander angeordnet sind und den Materialblock 10 an dessen Oberseite und an einer Stirnseite 8 ergreifen. Es ist in den Fig. 1 bis 5 erkennbar, dass der Materialblock 10 von der Haltevorrichtung 12 derart geneigt zur Ebene 22 des Sägegitters 16 gehalten wird, dass dessen zu durchtrennende Unterseite als Materialebene 24 oder dessen Halteebene 26 einen Winkel 28 zur Ebene 22 des Sägegitters 16 einschliesst, der grösser 0° und insbesondere 5° ist.

[0019] Die Drahtsäge 18 weist zwei Walzen 30 auf, über welche die einzelnen, das Sägegitter 16 bildenden Sägedrähte 32 gespannt sind. Die Achsen der Walzen 30 liegen parallel zur Ebene des Sägegitters 16.

[0020] In der Darstellung der Fig. 2 ist der Materialblock 10 teilweise in das Sägegitter 16 eingetaucht und die Sägedrähte 32 haben begonnen, den Materialblock 10 in einzelne Materialscheiben 34 aufzuteilen. Diese Aufteilung beginnt an der Stelle, an der der Materialblock 10 zuerst in das Sägegitter 16 eintaucht. Durch weiteren Vorschub in Richtung des Pfeils 14 tauchen immer mehr Sägedrähte 32 in den Materialblock 10 ein.

[0021] In der Darstellung der Fig. 3 ist das Ende 36 des Materialblocks 10, das der vom Halteabschnitt 20 gehaltenen Stirnseite 8 gegenüberliegt, nahezu vollständig durchtrennt, wohingegen der vom Halteabschnitt 20 gehaltene Bereich der Stirnseite 8 nur teilweise durchtrennt ist. Das Ende 36 liegt nun unmittelbar neben einer Entnahmevorrichtung 38, die als Vakuumspanneinrichtung 40 ausgebildet ist. Weiterer Vorschub des Materialblocks 10 in Richtung des Pfeils 14 bewirkt, dass die erste Materialscheibe 42 vom Materialblock 10 vollständig abgetrennt wird. Um die Haltevorrichtung 12 nicht durch die den Materialblock 10 durchdringenden Sägedrähte 32 zu beschädigen, wird der dem Ende 36 benachbarte Halteabschnitt 20 vom Materialblock 10 gelöst und abgehoben (Pfeil 44), was in Fig. 4 dargestellt ist. Die einzelnen nebeneinanderliegenden hergestellten Materialscheiben 42 können nunmehr von der Vakuumspanneinrichtung 40 ergriffen, abgesenkt (Pfeil 46) und dadurch vom Sägegitter 16 entfernt und vom Rest des Materialblocks 10 abgenommen und aus der Drahtsäge 18 heraustransportiert (Pfeil 48) werden, was in Fig. 5 dargestellt ist. Nach dem Abheben des letzten, die Oberseite des Materialblocks 10 haltenden Halteabschnitts 20, wird der Rest des Materialblocks 10 noch vom an der Stirnseite 8 angreifenden Halteabschnitt 20 gehalten.

[0022] Alternativ kann der Materialblock 10 auch parallel zu seinen Seitenkanten in Richtung des Pfeils 14 transportiert werden. In diesem Fall ist die Drahtsäge 18 und somit die Ebene des Sägegitters 16 gekippt oder schräggestellt. Nach wie vor schliessen die Ebene des Sägegitters 16 und die zu durchtrennende Materialebene 24 oder die Halteebene 26 des Materialblocks 10 einen Winkel 28 ein, der grösser 0° ist.

[0023] Beim in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen der Materialblock 10 und die Achsen der Walzen 30 parallel zueinander. Die Walzen 30 sind jedoch nicht, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 , kreiszylinderförmig sondern kreiskegelstumpfförmig ausgebildet. Die Umlaufgeschwindigkeiten der einzelnen Sägedrähte 32 sind in diesem Fall nicht gleich. Die Ebene des Sägegitters 16 und die zu durchtrennende Materialebene 24 oder die Halteebene 26 des Materialblocks 10 schliessen aber wiederum einen Winkel 28 ein, der grösser 0° ist. Der Abtransport der Materialscheiben 42 erfolgt wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 .

[0024] Beim in der Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen der Materialblock 10 und die Achsen der Walzen 30 ebenfalls parallel zueinander. Die Walzen 30 sind, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 5 , kreiszylinderförmig ausgebildet. Zwischen dem Materialblock 10 und den Walzen 30 befinden sich nunmehr Führungsrollen 50, die auf das Sägegitter 16 drücken und dieses auslenken. Zwischen den beiden Führungsrollen 50 weist die Ebene des Sägegitters 16 einen Winkel 28 auf, der von 0° verschieden ist. Dieser Winkel 28 kann durch die Schrägstellung der Führungsrollen 50 eingestellt werden.

[0025] Als wesentlicher Vorteil der Erfindung wird angesehen, dass die Materialscheiben 42 wesentlich schonender behandelt werden und dass sie bei der Herstellung bereits vereinzelt werden. Es entfällt ein Klebe- und Entklebeprozess für den Materialblock 10, und der Aufteilprozess kann vollautomatisiert werden. Ausserdem ist die erfindungsgemässe Vorrichtung in bestehende Maschinen integrierbar.

[0026] Der Vorteil der alternativen Ausführungsform zu den Fig. 1 und 5 mit parallel zu seinen Seitenkanten in Richtung des Pfeils 14 transportiertem Materialblock 10 sowie der Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 besteht darin, dass beim Zerteilen des Materialblockes 10 keine unbrauchbaren, keilförmigen Anschnitte entstehen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Herstellen von Materialscheiben (42) aus einem Materialblock (10), mit einer Haltevorrichtung (12) für einen Materialblock (10), insbesondere einen Siliziumblock, und mit einer Drahtsäge (18), welche mehrere parallel nebeneinanderliegende, ein Sägegitter (16) aufspannende Sägedrähte (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene (22) des Sägegitters (16) und die von der Drahtsäge (18) zu durchtrennende Unterseite (24) des Materialblocks (10) einen von 0° verschiedenen Winkel (28) derart einschliessen, dass der Materialblock (10) schräg durchtrennt wird und die Materialscheiben (42) einzeln nacheinander anfallen, wobei die Haltevorrichtung (12) mehrere quer zur Schneidrichtung der Drahtsäge (18) nebeneinanderliegende Halteabschnitte (20) aufweist, die einzeln am Materialblock (10) angreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren nebeneinanderliegenden Halteabschnitte (20) Vakuumhaltevorrichtungen (40) sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung quer zur Schneidrichtung der Drahtsäge (18) neben dem Materialblock (10) und in Richtung quer zur Schneidrichtung der Drahtsäge (18) neben der Drahtsäge (18) eine Entnahmevorrichtung (38) für die hergestellten Materialscheiben (42) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmevorrichtung (38) in der Flucht der nebeneinanderliegenden hergestellten Materialscheiben (42) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmevorrichtung (38) eine Vakuumspanneinrichtung (40) für die Entnahme der jeweils hergestellten Materialscheibe (42) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtsäge (18) zwei Walzen (30) aufweist, die achsparallel nebeneinanderliegen und über welche die Sägedrähte (32) gespannt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (30) einen kreiszylinderförmigen oder kreiskegelstumpfförmigen Mantel besitzen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der Walzen (30) parallel zur zu durchtrennenden Unterseite (24) des Materialblocks (10) liegen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die Schneidrichtung der Drahtsäge (18) vor und hinter dem Materialblock (10) Führungsrollen (50) für die Sägedrähte (32) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Führungsrollen (50) die Lage der Ebene des Sägegitters (16) bezüglich der Lage der zu durchtrennenden Unterseite (24) des Materialblocks (10) einstellbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Materialblock (10) in Richtung auf die Drahtsäge (18) zustellende Zuführvorrichtung vorgesehen ist, deren Zuführrichtung (14) orthogonal zur Ebene des Sägegitters (16) oder orthogonal zur von der Drahtsäge (18) zu durchtrennenden Unterseite (24) des Materialblocks (10) ist.