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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden eines
Blocks in dünne
Scheiben mittels Drahtsägen,
wobei der Block während
des Sägens
gehalten wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zum Schneiden eines Blocks in dünne Scheiben mittels Drahtsägen, wobei der
Block während
des Sägens
durch mindestens eine erste Spanneinrichtung eingespannt gehalten ist.
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Wafer
aus Silizium, die sehr umfangreich industriell, insbesondere in
dem Bereich Elektronik und Solarenergie, eingesetzt werden, werden
aus Siliziumblöcken
geschnitten. Um diese Siliziumblöcke
in Scheiben zu schneiden, werden Drahtsägen eingesetzt, die mehrere
parallel zueinander verlaufende Metalldrähte mit einer Schleifsuspension
aufweisen. Die Metalldrähte
sind üblicherweise
160–200 μm dick und
werden umlaufend mit Geschwindigkeiten von 3–20 m/min durch das Werkstück geführt. Die
einzelnen Metalldrähte
sind entsprechend der Dicke der aus dem Block herauszuschneidenden
Metallscheiben beabstandet.
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Das
Ausgangsmaterial, aus dem die Scheiben geschnitten werden, kann
in Form von rechteckigen Blöcken
oder in Zylinderform vorliegen.
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Für den Säge- bzw.
Schneidvorgang wird ein solcher Siliziumblock üblicherweise an einer Trageplatte
aufgehängt.
Die einzelnen Metalldrähte
werden dann von der der Seite, an der der Block aufgehängt ist,
gegenüberliegenden
Seite, d.h. von unten, durchgeschnitten werden muss, um die einzelnen
Siliziumplatten zu erhalten, ist es unvermeidbar, dass die Trägerplatten
angeschnitten und dadurch zerstört werden.
Folglich wird für
jeden Sägevorgang
ein neuer Träger
benötigt.
Auch erfordert das Ankleben des Siliziumblocks an der Trägerplatte
einen bestimmten Aufwand. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil dieser bekannten
Vorrichtungen liegt darin, dass die sich bildenden Platten mit zunehmender
Schnitttiefe der Drahtsägen
instabil werden und auch Schwingungen unterworfen werden, was die
Präzision
des weiteren Schneidvorgangs beeinträchtigt; dies stellt einen Nachteil
dar, der wesentlich gravierender ist als der Verlust der vorstehend
angeführten
Trägerplatten. Aufgrund
der Schneidsuspension kann es auch dazu kommen, dass die einzelnen
Platten aneinander kleben.
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Nachdem
der Block in die einzelnen Scheiben zerlegt ist, muss ein Waschvorgang
vorgenommen werden, um die Scheiben, insbesondere die Zwischenräume zwischen
den einzelnen Scheiben, in denen die Metalldrähte geführt wurden, von der Schneidsuspension
zu reinigen. Hierzu werden die einzelnen Siliziumscheiben, noch
an dem Träger
gehalten.
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Ausgehend
von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die jeweiligen
Arbeitsschritte, wie sie vorstehend beschrieben sind, erleichtert
werden und insbesondere eine Instabilität der Platten während des
Schneidvorgangs vermieden wird, so dass einzelne Platten aus dem
Block mit höherer
Präzision geschnitten
werden können.
Auch soll mit dem angegebenen Verfahren sowie der entsprechenden
Vorrichtung die Möglichkeit
bestehen, falls erforderlich, ohne Trägerplatten zu arbeiten.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch ein Verfahren zum Schneiden eines Blocks in dünne Scheiben
mittels Drahtsägen,
wobei der Block während
des Sägens
gehalten wird, gelöst,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Block an seinem Bereich,
der der Seite gegenüberliegt,
in die die Drahtsäge
zu Beginn des Schneidvorgangs eingreift, gehalten wird, dass, nachdem
der Block über
einen Teil seiner Dicke eingeschnitten ist, er in diesem geschnittenen
Bereich gehalten wird, derart, dass die ein zelnen Scheiben quer
zur Schnittrichtung von zwei gegenüberliegenden Seiten eingespannt
werden, und dass danach der Block an dem noch nicht geschnittenen
Bereich aus seiner seitlichen, oberen Halterung gelöst wird,
um dann den Block, die einzelnen Scheiben bildend, über seine
gesamte Dicke zu durchschneiden.
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Vorrichtungsgemäß wird diese
Aufgabe gemäß der Erfindung
durch eine Vorrichtung zum Schneiden eines Blocks in dünne Scheiben
mittels Drahtsägen,
wobei der Block während
des Sägens durch
mindestens eine erste Spanneinrichtung eingespannt gehalten ist,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Block an seiner Seite,
die der Seite gegenüberliegt,
in der die Drahtsäge
zu Beginn des Schneidvorgangs eingreift, durch die erste Spanneinrichtung
gehalten ist, und dass eine zweite Spanneinrichtung vorgesehen ist,
mit der der Block in seinem geschnittenen Bereich, quer zu dem Verlauf
der Drähte
der Drahtsäge,
einspannbar ist.
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Mit
dem angegebenen Verfahren bzw. der entsprechenden Vorrichtung, wie
sie vorstehend angegeben sind, wird der Block zunächst in
seinem oberen Bereich eingespannt, wozu vorrichtungsgemäß eine erste
Spanneinrichtung verwendet wird. Mit dieser Spanneinrichtung, die
vorzugsweise zwei Spannteile aufweist, wird der Block an seinen
beiden gegenüberliegenden
Seitenflächen,
die quer zu der Schneidrichtung der Drahtsägen verlaufen, eingeklemmt.
Anschließend
wird der Block von seiner Unterseite aus mit den Sägedrähten der
Drahtsäge
eingeschnitten, bis annähernd
ein Niveau unterhalb der oberen, ersten Spanneinrichtung erreicht
ist. Dann wird der Block in seinem unteren, bereits eingeschnittenen
Bereich eingespannt, wozu vorrichtungsgemäß eine zweite Spanneinrichtung
zum Einsatz gebracht wird. Nachdem der Block bzw. der bereits eingeschnittene
Bereich mit dieser zweiten Spanneinrichtung gehalten ist, wird die
obere, erste Spanneinrichtung gelöst, damit die Drahtsägen diesen
noch nicht in die einzelnen Scheiben unterteilten Block durchsägen können.
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Die
obere, erste Spanneinrichtung kann so dimensioniert werden, dass
sie den Block nur etwa über
ein Drittel oder ein Vierteil seiner Höhe hält, so dass, je nach Dimensionierung
der zweiten, unteren Spanneinrichtung, die Scheiben eingespannt
werden, wenn der Block etwa zu einem Drittel angeschnitten ist.
Anschließend
wird die obere Spanneinrichtung gelöst und der bereits angeschnittene
Block nur mit der unteren, zweiten Spanneinrichtung gehalten. Nun
kann der Block auch in seinem oberen Bereich weiter geschnitten
werden, bis die einzelnen Metalldrähte der Drahtsäge aus dem
Block austreten.
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Durch
die beiden Spanneinrichtungen ist es nicht notwendig, dass die Scheiben
während
des Schneidens an einer oberen Trageanordnung verklebt gehalten
werden, wie dies im Stand der Technik üblich war. Vielmehr wird eine
solche obere Trageanordnung, wenn überhaupt, nur dazu verwendet,
den Block zu dem Bereich der Säge
zu überführen und dort
kurzzeitig zu halten, oder wird dazu verwendet, beispielsweise Spülflüssigkeit
zuzuführen.
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Vorzugsweise
wird vor dem Austreten der Drahtsäge aus dem Block der Bereich,
der dann nach der ersten Halterung durchtrennt ist, mit der zweiten Halterung
eingespannt, um die bereits gebildeten Scheiben auch in diesem oberen
Bereich zu halten, um dann den letzten Abschnitt, der noch oberhalb dieser
oberen Spanneinrichtung vorhanden ist, zu durchtrennen. Die Scheiben
sind auf diese Art und Weise während
des gesamten Schneidevorgangs, und letztendlich bis zum Durchtrennen
eines noch verbleibenden Steges, der die einzelnen Scheiben im oberen
Bereich miteinander verbindet, fixiert, wodurch die Präzision des
Sägevorgangs
verbessert werden kann. Gleichzeitig sind durch diese Spanneinrichtungen
die Scheiben auf Abstand zueinander, der durch die jeweiligen Durchmesser
der Drahtsägen
vorgegeben ist, gehalten, so dass ein anschließender Waschvorgang mit den
so fixierten Scheiben unmittelbar erfolgen kann.
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Es
sollte ersichtlich sein, dass mehr als zwei Spanneinrichtungen verwendet
werden können,
um in kleineren Stufen den noch massiven Block und den bereits eingeschnittenen
Teil des Blockes zu halten, wobei dann jeweils eine Spanneinrichtung
oberhalb der Drahtsägen,
in Schneidrichtung gesehen, gelöst wird,
und, nachdem eine weitere Strecke des Blocks mit den Drahtsägen eingeschnitten
ist, diese Spanneinrichtung hinter den Drahtsägen, in Schneidrichtung gesehen,
befestigt wird, um die geschnittenen Scheibenteile zu halten.
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Falls
der Block an seiner oberen Stirnseite zusätzlich gehalten werden soll,
wird eine solche Halterung vorzugsweise mittels einer Vakuumansaugvorrichtung
vorgenommen.
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Um
die seitliche Einspannung der Scheiben schnell vornehmen zu können, werden
vorzugsweise mittels Fluid betätigte
Membrane eingesetzt; solche Membrane haben den Vorteil, dass sie
sich Unebenheiten an den Seitenflächen des Blocks anpassen und
jederzeit schnell gelöst
werden können.
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Als
Membran kann ein Schlauch aufgeblasen werden, so dass sich ein konstruktiv
einfacher Aufbau ergibt. Dieser Schlauch kann gegen ein Flächenteil,
das beispielsweise Nocken aufweist, die sich an die Seitenfläche des
Blocks anlegen, einwirken; es können
auch mehrere Schläuche
eingesetzt werden, um jeweils die Seitenteile der Spanneinrichtung
zu bilden.
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Unmittelbar
nach dem Schneidvorgang können
die Scheiben, noch in den beiden Spanneinrichtungen gehalten, gewaschen
werden. Hierzu können die
Spannteile der Spanneinrichtungen mit Düsen ausgestattet sein, um unmittelbar über die
Spannteile Waschflüssigkeit
in die Zwischenräume
zwischen die Scheiben zuzuführen.
Um anschließend
die Scheiben zu trocknen, kann weiterhin in den Spannteilen eine
Trocknungseinrichtung vorgesehen werden, um ein entsprechendes Gas
zwischen die Scheiben zuzuführen.
Sowohl die Zuführung
der Waschflüssigkeit als
auch die Zuführung
von Trocknungsgas können nur
in einem Teil der Spannteile vorgesehen werden, falls dadurch die
erwünschten
Ergebnisse erzielt werden.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
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1A–C drei
schematische Schnittansichten, um einen Sägevorgang in drei einzelnen
Stufen zu zeigen,
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2A und 2B zeigen
eine Anordnung mit gegenüber
den 1A bis 1C geänderten Spannteilen,
wobei 2A die Halterung eines Siliziumblocks
vor Eintritt der Drahtsägen
zeigt, während 2B die
Drahtsä ge
in einer Stellung zeigt, in der etwa die Hälfte des Blocks durch die Drahtsägen durchtrennt
ist,
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3 zeigt
eine detailliertere Darstellung der 1C, wobei
mit dem Detail „A" ein Spannteil im Schnitt
vergrößert dargestellt
ist,
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4 zeigt
eine Schnittdarstellung, vergleichbar mit derjenigen der 3,
allerdings mit geänderten
Spannteilen sowie einer oberen Halterung, die, im Vergleich zu denjenigen,
die in den 1 bis 3 dargestellt
sind, Saugnäpfe
aufweist,
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5A und 5B zeigen
Einzelheiten einer Ausführungsform
der Spannteile, wie sie eingesetzt werden können, und
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6 zeigt
einen mit vier Spannteilen gehaltenen Block mit einer weiteren Ausführungsform
von Spannteilen.
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In
den 1A bis 1C sind
drei Stufen des Verfahrens zum Schneiden eines Bocks, beispielsweise
eines Siliziumblocks, in dünne
Scheiben mittels Drahtsägen
gezeigt.
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Der
Block, mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet, ist in einer
Kammer 2 mittels einer oberen Halterung 3, bei
der es sich um eine Vakuumansaugvorrichtung handelt, hängend gehalten.
Eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Drahtsägen 4 wird
an die Unterseite des so gehaltenen Blocks 1 herangeführt. Diese
Drahtsägen 4 sind über sogenannte
Drahtrollen 5 geführt,
wobei in den 1A bis 1C nur
jeweils die linke Drahtrolle 5 dargestellt ist.
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Der
Block 1 kann zusätzlich,
oder alternativ, zu der oberen Halterung 3 mittels zwei
Spannteilen 6, die in unterbrochener Linie in 1A angedeutet sind,
an den Seitenflächen
eingespannt werden, d.h. an den Seitenflächen, die quer zu der Richtung
der Drahtsägen 4 verlaufen.
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Nachdem
der Block 1 so gehalten ist, wie dies in 1A dargestellt
ist, wird der Block 1 von der Unterseite aus mit den Drahtsägen 4 eingeschnitten.
Anschließend
werden weitere Spannteile 7 an die Stirnseiten des Blocks 1 bzw.
an den Bereich des Blocks 1 angelegt, der mit den Drahtsägen 4 eingeschnitten
ist, um diesen Teil des Blocks 1 zu fixieren. In dieser
Phase können
die Spannteile 6, wie sie in 1A angedeutet
sind, noch an dem Block 1 anliegen.
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Nachdem
der Block 1 weiter eingeschnitten ist, werden die Spannteile 6,
falls diese vorhanden sind, gelöst
bzw. diese Spannteile an den Teil des Blocks 1 angelegt,
der oberhalb der weiteren Spannteile 7 eingeschnitten ist.
Eine solche Anordnung ist in 1C zu
sehen. Anschließend
wird der Block vollständig
bis zu seiner Oberseite hin mit den Drahtsägen 4 durchschnitten.
Danach wird die Halterung 3 gelöst, falls eine solche Halterung
zum Einsatz kommt.
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Aufgrund
der ersten und zweiten Spannteile 6, 7 einer ersten
bzw. zweiten Spanneinrichtung wird der Block 1 bzw. werden
die bereits zu Scheiben durchtrennten Bereiche des Blocks sicher
fixiert, damit der Sägevorgang
stabil durchgeführt
werden kann.
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Während in
den 1A bis 1C Spannteile 6, 7 in
Form von Schläuchen
dargestellt sind, die quer zu der Seitenwand des Blocks 1 verlaufen,
ist in den 2A und 2B eine
Ausführungsform
gezeigt, in der erste und zweite Spannteile 8, 9 eingesetzt
werden, die, in Bezug auf die Höhe
des Blocks 1, einen größeren Angriffsbereich
haben. Auch in der Ausführungsform
der 2A und 2B ist
eine obere Halterung 3 dargestellt, die allerdings eine
Trageplatte 10 umfasst, die mit einer Glasplatte 10 verbunden
ist, die wiederum an der Oberseite des Blocks 1 verklebt
ist.
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2A zeigt
eine Ausgangsstellung, in der die Drahtsägen 4 von dem Block 1 beabstandet
sind, d.h. noch nicht in den Block 1 eingegriffen haben,
und der Block 1 in seinem oberen Bereich durch die ersten
Spannteile 8 an seinen beiden Seiten gehalten ist. Jedes
dieser Spannteile 8 umfasst einen Grundkörper 25,
der im Querschnitt U-förmig
ausgebildet ist. An den beiden freien Schenkeln dieses U-förmigen Grundkörpers 25 ist
jeweils, in eine entsprechende Nut, ein Schlauch 11 eingesetzt,
der sich an die Seitenflächen
des Blocks 1 anlegt. In der Mitte des Grundkörpers 25 ist
eine Zuführöffnung 12 ausgebildet,
die sich zu der Seitenfläche
des Blocks 1 bzw. zu den Stirnseiten der bereits geschnittenen
Scheiben (in der Darstellung der
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2B)
hin öffnet,
um über
diese Öffnungen Waschflüssigkeit
oder, falls erforderlich, ein Gas, zuzuführen, um die Zwischenräume zwischen
den Scheiben zu säubern.
Die in den Spannteilen 8, 9 eingesetzten Schläuche 11 haben
den Vorteil, dass sie eine weiche, schonende Anlage an dem Block 1 gewährleisten.
Gegebenenfalls können
diese Schläuche 11 unter
Druck, beispielsweise mittels einer Druckluftquelle, gesetzt werden.
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In 3 ist
eine Querschnittsansicht gezeigt, die etwa derjenigen der 2B in
ihrem Betriebszustand entspricht. In der Ausführungsform der 3 ist
der Block 1 wiederum mittels einer Halterung 3 gehalten,
allerdings angesaugt über
ein Vakuum. Hierzu sind an dem Grundkörper 25 der Halterung 3 Dichtelemente 13 angeordnet,
die auf der Oberseite des Blocks 1 dichtend aufliegen.
Diese Dichtelemente 13 begrenzen einen geschlossenen Raum 14,
der mit einem Kanal 15 verbunden ist. Dieser Kanal 15 verzweigt
in einen Vakuumansaugkanal 16 und einen Reinigungsflüssigkeitskanal 17.
Zwischen dem Vakuumansaugkanal 16 und dem Reinigungsflüssigkeitskanal 17 kann über nicht
näher dargestellte
Umschaltventile in jeder Leitung umgeschaltet werden, um wahlweise
ein Vakuum 16 an den geschlossenen Raum 14 anzulegen
und damit den Block an die Halterung 3 anzusaugen, oder, nachdem
der Block 1 ausreichend mit den Spannteilen, die in 3 allgemein
mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet sind, eingespannt ist,
das Vakuum zu unterbrechen, den Vakuumansaugkanal 16 zu
verschließen
und dann über
den Reinigungsflüssigkeitskanal 16 Reinigungsflüssigkeit
von der Oberseite zwischen die einzelnen Scheiben, wenn sie vollständig mittels
der Drahtsägen 4 durchschnitten
sind, zuzuführen.
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In 3 sind
auf jeder Seite des Blocks 1 jeweils 2 Spannteile 18 dargestellt,
die denjenigen entsprechen, wie sie in 1C zu
sehen sind. Diese Spannteile 18 umfassen, wie in der Detaildarstellung, die
in 3 mit „A" bezeichnet ist,
zu sehen ist, einen rohrförmügen Kernkörper 19,
der einen Innenkanal 20 aufweist mit radial sich durch
die Wand des Kernkörpers 19 erstreckenden
Verbindungsöffnungen 21. Der
Kernkörper 19 ist
durch einen Membrankörper 22,
beispielsweise aus einem elastischen Gummimaterial, umgeben. Dieser
Membrankörper 22 kann über ein
Druckfluid, das durch den Innenkanal 20 des Kernkörpers 19 und
die radialen Verbindungsöffnungen
zugeführt
wird, expandiert werden, um den Druck einzustellen, mit dem der
Block 1 zwischen den Spannteilen 18 gehalten wird.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
zu derjenigen, die in 3 dargestellt ist. Im Gegensatz
zu der Darstellung der 3 ist der Block 1 mittels
geänderten
Spannteilen 23 gehalten. Diese Spannteile 23 umfassen
einen U-förmigen
Tragekörper,
vergleichbar mit demjenigen der Spannteile 8, 9, wie
sie in den 2A und 2B gezeigt
sind. Allerdings ist, anstelle der beiden Schläuche 11, die in jedes
der Spannteile 9, 10 in den jeweiligen Schenkeln eingesetzt
ist, eine Membran 24 zwischen die beiden Schenkel des U-förmigen Grundkörpers 25 eingefügt. Diese
Membran kann über
die Zuführöffnung 12 mit
Druck beaufschlagt werden, vergleichbar mit der Ausführungsform
der Spannteile 8, 9, wie sie in den 2A und 2B dargestellt
sind. Die Membran 24 der Spannteile 23 der 4 legen
sich großflächig an
die Außenseite
des Blocks 1 bzw. an die bereits durchtrennten Scheiben
an. Weiterhin ist in der Ausführungsform
der 4 die Halterung 3 mit der Trageplatte 10 mit
mehreren Saugnäpfen 26 versehen,
mit denen die Oberseite des Blocks 1 angesaugt werden kann;
hierzu ist eine Vakuumversorgungseinrichtung vorgesehen, wie sie
auch anhand der 3 dargestellt und erläutert ist.
Je nach Größe des Blocks 1 können zwei
oder vier dieser Saugnäpfe 26 vorgesehen
werden.
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5A zeigt
eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der ein Block 1 mittels
vier Spannteilen, die allgemein mit dem Bezugszeichen 27 bezeichnet
sind, seitlich gehalten ist. Diese Spannteile 27 umfassen
einen elastischen Körper, beispielsweise
einen Gummikörper, 28,
der einen T-förmigen
Aufbau aufweist und bei dem der freie Schenkel 29 mit einer
Fluidversorgung, beispielsweise Druckluft, verbunden ist. An die
Außenfläche des Gummikörpers 28,
die mit dem Block 1 zur Anlage kommt, sind Rippen 30 aufvulkanisiert,
die an der Außenseite
des Blocks 1 zur Anlage kommen, wie die 5A zeigt.
Diese Rippen 30 verlaufen quer zu den durchschnittenen
Scheiben, so dass die Scheiben jeweils mit diesen Rippen 30 eingeklemmt
werden.
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Weiterhin
ist in 5A ein Hilfsteil 31 an
der Oberseite des Blocks 1 angeklebt, um diesen Block 1 an
dieser Oberseite zusätzlich
zu halten; dieses Hilfsteil 31 kann beim Durchtrennen des
Blocks mit den Drahtsägen
angeschnitten werden und stellt somit ein Teil dar, das einer einmaligen
Benutzung unterliegt.
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6 zeigt
in einer vergrößerten Darstellung die
Spannteile 8, 9, wie sie in den 2A und 2B gezeigt
sind; in 6 ist zu erkennen, dass die
Schläuche 11 in
dreieckförmige
Nuten 32 eingesetzt sind, die sich zu der Außenseite
des Blocks hin verjüngen,
so dass die Schläuche
durch einen verbleibenden Schlitz aus den Spannteilen austreten können, um
sich an den Block 1 anzulegen, während sie durch den sich nach
innen des Grundkörpers 25 hin
erstreckenden Teil aufgenommen werden.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass in den einzelnen Ausführungsformen
Bauteile dargestellt und beschrieben sind, die mit solchen anderer
Ausführungsformen,
die in den Figuren zu sehen sind, vergleichbar sind, so dass die
entsprechenden Ausführungen
zu einer Ausführungsform
auch analog auf die anderen Ausführungsformen übertragen
werden können.