DE102006050330A1

DE102006050330A1 - Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben

Info

Publication number: DE102006050330A1
Application number: DE102006050330A
Authority: DE
Inventors: Anton Huber; Alexander Heilmaier; Clemens Radspieler; Helmut Seehofer
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-26
Also published as: TWI334381B; CN101168270B; JP2012109622A; TW200819271A; KR20080037570A; CN101168270A; JP5458128B2; JP2008135730A; US20080099006A1; JP5041961B2; US7766724B2; DE102006050330B4; SG142212A1; KR100885006B1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtgattersäge mit einer Gatterlänge LG, umfassend folgende Schritte: a) Auswahl einer Anzahl von n >= 2 Werkstücken aus einem Vorrat von Werkstücken unterschiedlicher Länge, sodass die Ungleichung $F1 erfüllt ist und gleichzeitig die rechte Seite der Ungleichung möglichst groß wird, wobei Li mit i = 1...n für die Längen der ausgewählten Werkstücke und Amin für einen vordefinierten Mindestabstand steht, b) Fixieren der n Werkstücke in Längsrichtung hintereinander auf einer Montageplatte, wobei zwischen den Werkstücken jeweils ein Abstand A >= Amin eingehalten wird, der so gewählt ist, dass die Beziehung $F2 erfüllt ist, c) Einspannen der Montageplatte mit den daran fixierten Werkstücken in der Drahtgattersäge und d) Auftrennen der n Werkstücke senkrecht zu deren Längsachse mittels der Drahtgattersäge. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, bei dem die Scheibenpakete nach dem Auftrennen durch Trennstücke voneinander getrennt und zugleich seitlich abgestützt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtgattersäge.
Drahtgattersägen werden beispielsweise dazu benutzt, zylindrische, mono- oder polykristalline Werkstücke aus Halbleitermaterial, beispielsweise aus Silicium, in einem Arbeitsgang gleichzeitig in eine Vielzahl von Scheiben aufzutrennen. Die Herstellung von Halbleiterscheiben aus zylindrischem Halbleitermaterial, beispielsweise aus Einkristallstäben, stellt hohe Anforderungen an das Sägeverfahren. Das Sägeverfahren hat in der Regel zum Ziel, dass jede gesägte Halbleiterscheibe zwei Flächen aufweist, die möglichst eben sind und sich parallel gegenüber liegen. Von großer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist auch der Durchsatz der Drahtgattersäge.
Um den Durchsatz zu erhöhen, wurde vorgeschlagen, mehrere Werkstücke gleichzeitig in die Drahtgattersäge einzuspannen und in einem Arbeitsgang aufzutrennen. US 6119673 beschreibt das gleichzeitige Auftrennen mehrerer zylindrischer Werkstücke, die koaxial hintereinander angeordnet sind. Hierzu wird eine konventionelle Drahtgattersäge verwendet, wobei mehrere auf jeweils einer Sägeleiste aufgeklebte Werkstücke mit einem gewissen Abstand in koaxialer Anordnung an einer gemeinsamen Montageplatte fixiert, mit dieser in die Drahtgattersäge eingespannt und gleichzeitig aufgetrennt werden. Dabei entsteht eine der Anzahl der Werkstücke entsprechende Anzahl von Paketen von Scheiben, die noch an der Montageplatte fixiert sind. Nach dem Auftrennen werden Trennplatten lose in den Abständen zwischen den Paketen von Scheiben platziert, um ein Verwechseln der Scheiben der verschiedenen Pakete zu verhindern. Dies ist von großer Bedeutung, da die aus unterschiedlichen Werkstücken hergestellten Scheiben in der Regel auf unterschiedliche Art weiter bearbeitet werden und/oder die Werkstücke unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, die von dem Kunden, an den die Scheiben geliefert werden, spezifiziert sind. Daher muss sichergestellt sein, dass alle aus einem für einen gewissen Kunden bzw. einen gewissen Auftrag vorgesehenen Werkstück hergestellten Scheiben gemeinsam, aber getrennt von den aus anderen Werkstücken hergestellten Scheiben, weiter bearbeitet werden.
Nach der Kennzeichnung der verschiedenen Scheibenpakete durch Trennplatten wird die Montageplatte so in ein Becken mit heißem Wasser getaucht, dass die über die Sägeleiste mit der Montageplatte verbundenen Scheiben unter der Montageplatte hängen. Das heiße Wasser löst die Kittverbindung zwischen den Scheiben und den Sägeleisten, sodass die abgelösten Scheiben in einen am Boden des Beckens stehenden Scheibenträger fallen. Die verschiedenen Scheibenpakete, die sich anschließend in dem Scheibenträger befinden, sind durch die vorher eingeführten Trennplatten voneinander getrennt.
Das in US 6119673 offenbarte Verfahren zur Kennzeichnung der verschiedenen Pakete von Scheiben hat den Nachteil, dass die Scheibenpakete nicht gegen seitliches Wegkippen gesichert sind (wie in 8(C) der US 6119673 ersichtlich) und folglich die nach dem Auftrennen sehr scharfen Kanten ausbrechen. Ferner ist das Platzieren der Trennscheiben nach der in dieser Anmeldung beschriebenen Methode sehr schwierig, da die Trennscheiben zwischen den labilen, getrennten Scheibenpakete seitlich eingefädelt und in ihrer Position gehalten werden müssen, während die Scheibenpakete von oben in den Scheibenträger abgesenkt werden. Kommt es bei diesem Vorgang zur Berührung einer Trennplatte mit einem Scheibenpaket können Scheiben von der Sägeleiste abbrechen, aus relativ großer Höhe in den Scheibenträger fallen und dadurch beschädigt oder zerstört werden.
US 6802928 B2 beschreibt eine Methode, bei der auf die Stirnflächen des aufzutrennenden Werkstücks Dummy-Stücke gleichen Querschnitts aufgeklebt, mit dem Werkstück aufgetrennt und dann verworfen werden. Auf diese Weise soll das Auffächern der entstehenden Scheiben an den beiden Enden des Werkstücks während der Endphase des Auftrennens, verhindert und damit die Scheibengeometrie verbessert werden. Dieses Verfahren hat den entscheidenden Nachteil, dass ein Teil der durch die Abmessungen der Drahtgattersäge begrenzten Gatterlänge für das Auftrennen der „unnützen" Dummy-Stücke verwendet wird und daher nicht für die eigentliche Produktion der gewünschten Scheiben zur Verfügung steht. Ferner sind die Bereitstellung, die Handhabung und das Aufkleben von Dummy-Stücken sehr aufwendig. Beides führt zu einer deutlichen Verringerung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.
Auch bei dem in US 6119673 beschriebenen gleichzeitigen Auftrennen mehrerer Werkstücke in einer Drahtgattersäge kann die Gatterlänge der Drahtgattersäge oft nicht optimal genutzt werden, da die aufzutrennenden Werkstücke herstellungsbedingt sehr unterschiedliche Längen aufweisen. Dieses Problem ist insbesondere dann gegeben, wenn die Werkstücke aus einkristallinem Halbleitermaterial bestehen, da die bekannten Kristallziehprozesse nur bestimmte brauchbare Längen der Kristalle ermöglichen oder zur Kontrolle der Kristallziehprozesse ein Zerteilen der Kristalle und Erzeugen von Testproben an verschiedenen Stellen des Kristalls notwendig ist. Zudem werden in einer Fabrik üblicherweise für mehrere Kunden verschiedene Typen von Halbleiterscheiben mit unterschiedlichen Eigenschaften (die größtenteils bereits durch den Kristall definiert sind, aus dem die Scheiben hergestellt werden) gefertigt, wobei unterschiedliche Liefertermine einzuhalten sind.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zu Grunde, die Ausnutzung der vorhandenen Gatterlänge einer Drahtgattersäge zu verbessern. Außerdem bestand die Aufgabe, eine Beschädigung der Scheiben beim Einfädeln von Trennplatten oder der Scheibenkanten während der Trennung von der Montageplatte und der Vereinzelung zu vermeiden.
Beschreibung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein erstes Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtgattersäge mit einer Gatterlänge L_G, umfassend folgende Schritte:

a) Auswahl einer Anzahl von n ≥ 2 Werkstücken aus einem Vorrat von Werkstücken unterschiedlicher Länge, sodass die Ungleichung
erfüllt ist und gleichzeitig die rechte Seite der Ungleichung möglichst groß wird, wobei L_i mit i = 1...n für die Längen der ausgewählten Werkstücke und A_min für einen vordefinierten Mindestabstand steht,
b) Fixieren der n Werkstücke in Längsrichtung hintereinander auf einer Montageplatte, wobei zwischen den Werkstücken jeweils ein Abstand A ≥ A_min eingehalten wird, der so gewählt ist, dass die Beziehung
erfüllt ist,
c) Einspannen der Montageplatte mit den daran fixierten Werkstücken in der Drahtgattersäge und
d) Auftrennen der n Werkstücke senkrecht zu deren Längsachse mittels der Drahtgattersäge.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein zweites Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtgattersäge, umfassend folgende Schritte:

a Auswahl einer Anzahl von n ≥ 2 Werkstücken aus einem Vorrat von Werkstücken unterschiedlicher Länge,
b Fixieren der n Werkstücke in Längsrichtung hintereinander auf einer Montageplatte 11, wobei zwischen den Werkstücken jeweils ein Abstand eingehalten wird,
c Einspannen der Montageplatte 11 mit den daran fixierten Werkstücken in der Drahtgattersäge,
d Auftrennen der n Werkstücke senkrecht zu deren Längsachse mittels der Drahtgattersäge, wobei n an der Montageplatte 11 fixierte Pakete 121, 122, 123 von Scheiben 12 entstehen,
e Einstellen der an der Montageplatte 11 fixierten Scheiben 12 in einen Scheibenträger 13, der jede Scheibe 12 an wenigstens zwei von der Montageplatte 11 abgewandten Punkten des Scheibenumfangs unterstützt,
f Einführen wenigstens eines Trennstücks 15 in jeden der Abstände zwischen zwei benachbarten Paketen 121, 122, 123 von Scheiben 12 und Befestigen des Trennstücks am 15 Scheibenträger 13,
g Lösen der Verbindung zwischen den Scheiben 12 und der Montageplatte 11,
i sequenzielle Entnahme jeder einzelnen Scheibe 12 aus dem Scheibenträger 13.

Kurzbeschreibung der Figuren
1 gibt eine statistische Auswertung des Geometrieparameters „Warp" für aus unterschiedlich langen Werkstücken hergestellte Scheiben wieder.
2 zeigt eine Montageplatte mit mehreren Paketen von Scheiben, die in Schritt e) des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens von oben in einen Scheibenträger gestellt wird (in seitlicher Ansicht bezüglich der Scheiben).
3 zeigt die in den Scheibenträger eingestellte Montageplatte mit mehreren Scheibenpaketen und die Anbringung der Trennstücke in Schritt f) des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens.
4 zeigt die Anordnung aus 3, die in ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Becken eingetaucht ist, um die Verbindung zwischen den Scheiben und der Montageplatte in Schritt g) des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens zu lösen.
5 zeigt die Entfernung der Montageplatte von den Scheibenpaketen, die vom Scheibenträger unterstützt werden.
6 zeigt das Einführen der Trennplatten.
7 zeigt die einzelne Entnahme der Scheiben aus dem Scheibenträger in Schritt i) des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens.
8 und 9 zeigen die Entnahme einer Trennplatte aus dem Scheibenträger.
10 zeigt den leeren Scheibenträger mit den daran befestigten Trennstücken.
11 zeigt entsprechend 7 die Entnahme einer Trennplatte aus dem Scheibenträger, jedoch in Frontalansicht bezüglich der Scheiben.
12 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trennstücks mit zwei Stäben eines Scheibenträgers, auf die das Trennstück aufgesteckt wird.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens
Bei diesem Verfahren werden die Werkstücke aus einem Vorrat von unterschiedlich langen Werkstücken so ausgewählt, dass die Gatterlänge L_G der Drahtgattersäge optimal ausgenutzt wird. Da die Drahtgattersäge dadurch besser ausgelastet wird, erhöht sich die Produktivität deutlich.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt eine herkömmliche Drahtgattersäge zum Einsatz. Zu den wesentlichen Komponenten dieser Drahtgattersägen gehören ein Maschinenrahmen, eine Vorschubeinrichtung und ein Sägewerkzeug, das aus einem Gatter aus parallelen Drahtabschnitten besteht. Das Werkstück wird in der Regel auf einer Montageplatte fixiert und mit dieser in der Drahtgattersäge eingespannt.
In der Regel wird das Drahtgatter der Drahtgattersäge von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei (ggf. auch drei, vier oder mehr) Drahtführungsrollen aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und mindestens eine der Drahtführungsrollen angetrieben ist. Die Drahtabschnitte gehören in der Regel zu einem einzigen, endlichen Draht, der spiralförmig um das Rollensystem geführt ist und von einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle abgespult wird. Als Gatterlänge wird die Länge des Drahtgatters bezeichnet, gemessen in der Richtung parallel zu den Achsen der Drahtführungsrollen und senkrecht zu den Drahtabschnitten vom ersten bis zum letzten Drahtabschnitt.
Während des Sägevorgangs bewirkt die Vorschubeinrichtung eine gegeneinander gerichtete Relativbewegung der Drahtabschnitte und des Werkstücks. Als Folge dieser Vorschubbewegung arbeitet sich der mit einer Sägesuspension beaufschlagte Draht unter Bildung von parallelen Sägespalten durch das Werkstück. Die Sägesuspension, die auch als „Slurry" bezeichnet wird, enthält Hartstoffpartikel, beispielsweise aus Siliciumcarbid, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind. Es kann auch ein Sägedraht mit fest gebundenen Hartstoffpartikeln verwendet werden. In diesem Fall ist keine Beaufschlagung mit einer Sägesuspension nötig. Es muss lediglich ein flüssiges Kühlschmiermittel zugegeben werden, das Draht und Werkstück vor Überhitzung schützt und gleichzeitig Werkstückspäne aus den Schneidspalten abtransportiert.
Die zylindrischen Werkstücke können aus einem beliebigen Material bestehen, das sich mittels einer Drahtgattersäge bearbeiten lässt, beispielsweise poly- oder monokristallines Halbleitermaterial wie Silicium. Im Fall monokristallinen Siliciums werden die Werkstücke in der Regel durch Zersägen eines im Wesentlichen zylindrischen Silicium-Einkristalls in Kristallstücke einer Länge von mehreren Zentimetern bis zu mehreren zig Zentimetern hergestellt. Die minimale Länge eines Kristallstücks beträgt in der Regel 5 cm. Die Werkstücke, beispielsweise die aus Silicium bestehenden Kristallstücke, weisen in der Regel sehr unterschiedliche Längen, aber den gleichen Querschnitt auf. Der Begriff „zylindrisch" ist nicht so zu verstehen, dass die Werkstücke einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen müssen. Die Werkstücke können vielmehr die Form eines beliebigen allgemeinen Zylinders aufweisen, wobei jedoch die Anwendung der Erfindung auf Werkstücke mit kreisförmigem Querschnitt bevorzugt ist. Ein allgemeiner Zylinder ist ein Körper, der von einer Zylinderfläche mit geschlossener Leitkurve und zwei parallelen Ebenen, den Grundflächen des Zylinders, begrenzt wird.
Schritt a)
In Schritt a) des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus einem vorhandenen Vorrat von Werkstücken vorzugsweise gleichen Querschnitts eine Anzahl von n ≥ 2 Werkstücken ausgewählt. Der Vorrat von Werkstücken umfasst eine Vielzahl von Werkstücken unterschiedlicher Länge, was jedoch das Vorhandensein mehrerer Werkstücke gleicher Länge nicht ausschließt. Die Werkstücke werden so ausgewählt, dass Ungleichung (1) erfüllt ist. Dies bedeutet, dass die Summe der Längen L_i der ausgewählten Werkstücke i zuzüglich eines festgelegten Mindestabstands Amin zwischen jeweils zwei Werkstücken, der beim Fixieren der Werkstücke auf eine Montageplatte einzuhalten ist, die Gatterlänge L_G nicht überschreitet. Der Mindestabstand ist frei definierbar und kann auch null betragen. Vorzugsweise liegt er nahe null, da ein größerer Mindestabstand automatisch zu einer schlechteren Ausnutzung der Gatterlänge der Drahtgattersäge führt. Unter Berücksichtigung dieser Bedingung erfolgt die Auswahl der Werkstücke aus dem Vorrat derart, dass die rechte Seite der Ungleichung (1) möglichst groß wird, sodass die Gatterlänge beim Auftrennen der Werkstücke möglichst gut ausgenutzt wird.
Vorzugsweise wird die Auswahl der Werkstücke so getroffen, dass die Ungleichung
erfüllt ist, wobei L_min für eine vordefinierte minimale Länge steht, die kleiner ist als die Gatterlänge L_G. Diese minimale Länge darf gemäß dieser Ausführungsform bei der Auswahl der Werkstücke nicht unterschritten werden. Vorzugsweise wird die minimale Länge L_min in Relation zur Gatterlänge L_G derart festgelegt, dass L_min ≥ 0,7·L_G, bevorzugt L_min ≥ 0,75·L_G, und besonders bevorzugt L_min ≥ 0,8·L_G, L_min ≥ 0,85·L_G, L_min ≥ 0,9·L_G oder L_min ≥ 0,95·L_G.
Da meist sehr große Vorräte an Werkstücken vorhanden sind, ist es sinnvoll und daher bevorzugt, die Auswahl der Werkstücke mittels eines Rechners vorzunehmen, der Zugriff auf die Längen aller Werkstücke des Vorrats hat. Beispielsweise kann der Rechner mit einem EDV-gestützten Lagerverwaltungssystem verbunden sein, in dem alle Ein- und Auslagervorgänge einschließlich der Eigenschaften (Länge und Art) der Werkstücke erfasst werden und das auf diese Weise zu jedem Zeitpunkt den aktuellen Lagerbestand kennt. Auf dem Rechner läuft ein Programm, in dem alle Regeln für die Auswahl der Werkstücke implementiert sind.
Schritt b)
In Schritt b) werden die n ausgewählten Werkstücke bezogen auf ihre Längsrichtung hintereinander auf einer Montageplatte fixiert, wobei zwischen den Werkstücken jeweils ein Abstand A ≥ A_min eingehalten wird, der so gewählt ist, dass die Ungleichung (2) erfüllt ist. Der Abstand A muss also einerseits mindestens dem vordefinierten Mindestabstand A_min zwischen zwei Werkstücken entsprechen, darf aber andererseits nicht so groß gewählt werden, dass die Summe der Längen L_i der Werkstücke zuzüglich der Abstände A zwischen den Werkstücken die Gatterlänge L_G überschreitet. Der Ausdruck „bezogen auf ihre Längsrichtung hintereinander" bedeutet nicht unbedingt eine koaxiale Anordnung der Werkstücke, die jedoch bevorzugt ist. Die Werkstücke können aber auch so angeordnet sein, dass ihre Längsachsen nicht auf der selben Gerade liegen. „Hintereinander" soll lediglich ausdrücken, dass die Grundflächen zweier benachbarter zylindrischer Werkstücke einander zugewandt sind und nicht die Mantelflächen.
Vorzugsweise werden die Werkstücke nicht direkt auf der Montageplatte fixiert, sondern zunächst auf einer sog. Sägeleiste oder Sägeunterlage befestigt. Die Befestigung des Werkstücks auf der Sägeleiste erfolgt in der Regel durch Aufkleben. Vorzugsweise wird jedes Werkstück einzeln auf eine eigene Sägeleiste aufgeklebt. Anschließend werden die Sägeleisten mit den daran befestigten Werkstücken an der Montageplatte befestigt, beispielsweise durch Kleben oder Verschrauben.
Schritte c), d)
Anschließend wird die Montageplatte in Schritt c) mit den daran fixierten Werkstücken in der Drahtgattersäge eingespannt und die Werkstücke in Schritt d) gleichzeitig und im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Längsachse in Scheiben aufgetrennt. Dabei wird aufgrund der in Schritt a) getroffenen Auswahl der Werkstücke die Gatterlänge der Drahtgattersäge optimal ausgenutzt, was den Durchsatz und damit die Wirtschaftlichkeit erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mit verschiedenen Kunden vereinbarten Liefertermine bei der Auswahl der Werkstücke in Schritt a) berücksichtigt. Es werden bevorzugt Werkstücke ausgewählt, die zur Herstellung von Scheiben verwendet werden können, für die ein früher Liefertermin vereinbart ist.
Es ist auch denkbar, vorzugeben, dass bei Unterschreitung eines vordefinierten zeitlichen Mindestabstands zu einem Liefertermin die Ungleichung (1) in Schritt a) nicht mehr zwingend erfüllt werden muss. In diesem Fall genießt die Einhaltung des Liefertermins Priorität gegenüber der optimalen Ausnutzung der Gatterlänge.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, immer zuerst ein Werkstück auszuwählen, das für die Erfüllung des noch nicht bearbeiteten Auftrags mit dem frühesten Liefertermin benötigt wird. Anschließend werden weitere Werkstücke so ausgewählt, dass die Gatterlänge bestmöglich genutzt wird.
Wie oben beschrieben wird der Vorrat an Werkstücken beispielsweise dadurch hergestellt, dass Kristalle senkrecht zu ihrer Längsachse in wenigstens zwei Werkstücke mit einer Länge L_i aufgetrennt werden, die dem Vorrat zugeführt werden. Die Länge der Werkstücke darf die Gatterlänge L_G der in Schritt d) verwendeten Drahtgattersäge nicht überschreiten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens beachtet man bereits bei der Herstellung der Vorrats von Werkstücken aus einem Vorrat von zylindrischen Kristallen die in den einzelnen Aufträgen festgelegten Spezifikationen für den Warp der Scheiben. Der Parameter „Warp" ist in der SEMI-Norm M1-1105 definiert. In der Regel ist für jeden Auftrag vom Kunden ein Maximalwert für den Warp einer Scheibe spezifiziert, der nicht überschritten werden darf. Dieser Maximalwert unterscheidet sich von Kunde zu Kunde und von Auftrag zu Auftrag. Es gibt somit immer Aufträge mit einfach zu erfüllender und Aufträge mit anspruchsvoller Warp-Spezifikation. Um insbesondere die letztgenannten Auftrage spezifikationsgerecht zu erfüllen, sieht die bevorzugte Ausführungsform vor, einen Kristall, der einem Auftrag mit einem niedrigen Maximalwert für den Warp zugeordnet ist, in möglichst lange Werkstücke aufzutrennen. Vorzugsweise erfüllt die Länge L_i der Werkstücke in Relation zur Gatterlänge L_G der in Schritt d) verwendeten Drahtgattersäge in diesem Fall die Beziehung L_G/2 < L_i ≤ L_G.
In 1 ist am Beispiel von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm dargestellt, wie Mittelwert und Verteilung des Warp von der Länge der aufgetrennten Kristallstücke abhängen. Im linken Teil der Figur ist die statistische Auswertung einer Menge 1 von 13297 Scheiben dargestellt, die aus Kristallstücken mit einer Länge von 250 mm oder weniger hergestellt wurden. Der mittlere Warp beträgt 25,5 μm, die Standardabweichung 7,2 μm. Der rechte Teil der Figur gibt die Statistik für eine Menge 2 von 33128 Scheiben wieder, die aus Kristallstücken mit einer Länge von 345 mm oder mehr hergestellt wurden. In diesem Fall beträgt der Mittelwert des Warp nur 23,3 μm bei einer Standardabweichung von 7,3 μm. Aus längeren Werkstücken hergestellte Scheiben zeichnen sich im Mittel durch einen geringeren Warp aus, ohne dass Dummy-Stücke auf die Stirnflächen des Werkstücks geklebt werden müssen. Aus diesem Grund ist es insbesondere bei Aufträgen mit anspruchsvoller Warp-Spezifikation sinnvoll, bei der Herstellung der Werkstücke durch Auftrennen der Kristalle auf eine möglichst große Länge der Werkstücke zu achten.
Würde man diese Regel auf alle Aufträge anwenden, so würde dies dazu führen, dass dem Vorrat zu viele Werkstücke mit großer Länge zugeführt werden und dass bei der Auswahl in Schritt a) zu wenige Werkstücke zur Verfügung stehen, die gemeinsam mit den langen Werkstücken in Schritt b) auf einer gemeinsamen Montageplatte befestigt und in einem Arbeitsgang in Schritt d) in Scheiben aufgetrennt werden könnten. Durch eine solche Maßnahme würde zwar der durchschnittlich erreichte Warp verbessert, gleichzeitig aber die Kapazität der Drahtgattersäge nicht mehr optimal genutzt. Daher sieht diese Ausführungsform vor, dass Kristalle, die einem Auftrag mit einem hohen Maximalwert für den Warp zugeordnet sind (der vergleichsweise leicht zu erreichen ist), in vergleichsweise kurze Werkstücke aufzutrennen. Vorzugsweise erfüllt die Länge L_i dieser Werkstücke in Relation zur Gatterlänge L_G der in Schritt d) verwendeten Drahtgattersäge die Beziehung L_i < L_G/2. Bei den genannten Aufträgen mit wenig anspruchsvoller Warp-Spezifikation ist eine Herstellung möglichst langer Werkstücke nicht notwendig. Gleichzeitig stellt diese Maßnahme sicher, dass immer kurze Werkstücke in ausreichender Anzahl zur Verfügung stehen, die in Schritt a) mit den langen Werkstücken für die Aufträge mit anspruchsvoller Warp-Spezifikation kombiniert und in den weiteren Schritten gemeinsam mit diesen bearbeitet werden können, um die Gatterlänge der Drahtgattersäge optimal auszunutzen.
Diese Ausführungsform erlaubt somit für Aufträge mit anspruchsvoller Warp-Spezifikation die Herstellung einer Vielzahl von Scheiben, die eine enge Verteilung des Geometrie-Parameters „Warp" auf vergleichsweise niedrigem Niveau aufweist. Gleichzeitig wird bei den anderen Aufträgen gezielt auf eine Verbesserung des Warp verzichtet, um die Gatterlänge der Drahtgattersäge optimal zu nutzen.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens
Das zweite erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand der 2-12 im Detail beschrieben, wobei die Figuren lediglich eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens darstellen.
Im Gegensatz zu dem in US 6119673 beschriebenen Verfahren erfolgt die Sicherung gegen Verwechslungen erfindungsgemäß durch fest am Scheibenträger 13 fixierbare Trennstücke 15, die in Schritt f) vorzugsweise seitlich zwischen die Scheibenpakete 121, 122, 123 eingeschoben und dann am Scheibenträger 13 fixiert werden. Die auf diese Art und Weise stabilisierten Scheibenpakete 121, 122, 123 durchlaufen ggf. eine Reinigung. Anschließend wird die Verbindung zwischen den Scheiben 12 und der Montageplatte 11 gelöst, wobei die Trennstücke 15 die Scheibenpakete 121, 122, 123 gegen seitliches Wegkippen stützen.
Dieses Verfahren vermeidet die Vermischung bzw. Verwechslung von Scheiben 12, die aus unterschiedlichen Werkstücken hergestellt wurden und für unterschiedliche Aufträge bestimmt sind. Darüber hinaus werden die Pakete 121, 122, 123 von Scheiben 12 in den Schritten g) und i) zuverlässig vor seitlichem Wegkippen und damit vor einer Beschädigung der empfindlichen Scheibenkante geschützt.
Schritt a)-d)
In Schritt a) werden aus einem Vorrat von Werkstücken wenigstens zwei Werkstücke ausgewählt. Vorzugsweise erfolgt die Auswahl so, wie sie für Schritt a) des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben ist. In diesem Fall wird in Schritt a) der Abstand A_min so gewählt, dass er wenigstens der Dicke der Trennstücke 15 entspricht, ggf. zuzüglich der Dicke der Trennplatten 17 (falls solche Trennplatten verwendet werden), damit diese in den Abstand eingeführt werden können. Auch die Schritte b) bis d) werden vorzugsweise so durchgeführt wie beim ersten erfindungsgemäßen Verfahren.
Schritt e)
In Schritt e) werden die an der Montageplatte 11 fixierten Scheiben 12 in einen Scheibenträger 13 gestellt, der jede Scheibe an wenigstens zwei von der Montageplatte 11 abgewandten Punkten des Scheibenumfangs unterstützt (2). Der Scheibenträger 13 ist beispielsweise als Anordnung von mehreren zylindrischen Stäben 131 ausgebildet (in 2 dargestellt ist eine Anordnung von vier Stäben, von denen nur zwei zu sehen sind), die die Scheiben 12 von unten an deren Umfang unterstützen. Die Stäbe 131 werden an ihren Enden von zwei plattenförmigen Endstücken 132 zusammengehalten. Der Scheibenträger 13 kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass die Montageplatte 11 auf die oberen Enden der Endstücke 132 aufgelegt werden kann. Die Stäbe 131 weisen vorzugsweise in bestimmten Abständen um die Mantelfläche umlaufende V-Nuten gemäß DE 10210021 A1 auf. 3 zeigt den Zustand nach Einstellen der Montageplatte 11 mit den aufgetrennten Scheiben 12, die in Paketen 121, 122 und 123 vorliegen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Scheiben 12 nicht direkt mit der Montageplatte 11 verbunden, sondern mit Sägeleisten 141, 142, 143 entsprechend den Scheibenpaketen 121, 122, 123.
Schritt f)
In Schritt f) (3) wird in jeden der Abstände zwischen jeweils zwei Scheibenpaketen 121, 122, 123 ein Trennstück 15 eingeführt. Die Trennstücke 15 (12) sind so ausgebildet, dass sie sich am Scheibenträger 13 so befestigen lassen, dass die Scheibenpakete 121, 122, 123 seitlich gestützt werden. Beispielsweise können die Trennstücke 15 bei Verwendung des dargestellten Scheibenträgers 13 so ausgebildet sein, dass sie sich an einem Ende mit wenigstens einer Verbindungsvorrichtung 151 mit den Stäben 131 des Scheibenträgers 13 verbinden lassen. Die Verbindungsvorrichtung 151 kann beispielsweise, wie in den Figuren dargestellt, als zangenartige, elastische Steckverbindung ausgeführt sein, die sich auf die Stäbe 131 stecken lässt. Es sind jedoch auch völlig andere Verbindungsvorrichtungen wie z. B. Befestigung mittels verschraubbarer Schellen denkbar. In jedem Fall ist die Form des Trennstücks 15 an die Form des Scheibenträgers 13 anzupassen, wobei die Form des Trennstücks keinen besonderen Einschränkungen unterliegt. Vorzugsweise hat das Trennstück 15 jedoch eine vergleichsweise große Ausdehnung in vertikaler Richtung („vertikal" bezieht sich auf den Zustand, in dem das Trennstück 15 mit dem Scheibenträger 13 verbunden ist), um die Scheibenpakete 121, 122, 123 wirksam seitlich abstützen zu können. Die Trennstücke sind vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das formstabil und gegen die herrschenden Temperaturen (beispielsweise in Schritt g)) und die mit ihnen in Berührung kommenden Chemikalien (beispielsweise in Schritt g)) beständig ist.
Schritt g)
In Schritt g) wird die Verbindung zwischen den Scheiben 12 und der Montageplatte 11 gelöst. In der in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird der Scheibenträger 13 mit den über die Sägeleisten 141, 142, 143 an der Montageplatte 11 fixierten Scheiben 12 in ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Becken 16 gestellt, wie in 4 dargestellt. Die Flüssigkeit löst die Klebeverbindung zwischen den Scheiben 12 und den Sägeleisten 141, 142, 143. Im Fall eines wasserlöslichen Klebers ist die Flüssigkeit Wasser, vorzugsweise heißes Wasser. Anschließend wird die Montageplatte 11 mit den Sägeleisten 141, 142, 143 entfernt (5) und der Scheibenträger 13 aus dem Becken 16 genommen. Die in Paketen 121, 122, 123 vorliegenden Scheiben 12 werden nun von unten durch die Stäbe 131 unterstützt und seitlich durch die Trennstücke 15 gesichert. Dadurch wird ein seitliches Wegkippen der Scheiben 12 und ein Ausbrechen an den Scheibenkanten vermieden. Gleichzeitig kennzeichnen die Trennstücke 15 die Grenzen zwischen den Scheibenpaketen 121, 122, 123, die aus unterschiedlichen Werkstücken stammen. Dadurch wird im weiteren Verlauf des Verfahrens eine Vermischung bzw. Verwechslung von aus unterschiedlichen Werkstücken stammenden Scheiben vermieden.
Optionaler Schritt h)
Vorzugsweise wird zwischen den Schritten g) und i) ein zusätzlicher Schritt h) durchgeführt, in dem wenigstens eine Trennplatte 17 in jeden der Abstände zwischen zwei benachbarten Paketen 121, 122, 123 von Scheiben 12 neben dem dort befestigten Trennstück 15 eingeführt wird (6). Die Trennplatten 17 unterscheiden sich von den Scheiben 12. Die Trennplatten stehen frei auf den Stäben 131 des Scheibenträgers 13 und werden nicht an diesem befestigt. Die Trennplatten 17 sind vorzugsweise so gestaltet, dass sie von einem Sensor 183 (11) automatisch von den Scheiben 12 unterschieden werden können. Die in 6 dargestellte Ausführungsform der Trennplatten 17 weist neben einem kreisrunden Teil 171 einen über die Kreisfläche hinaus stehenden Teil 172 auf, der von einem Sensor 183 erkannt werden kann. Es ist aber auch denkbar, die Trennplatte an ihren Materialeigenschaften zu erkennen.
Die Trennplatten 17 sind vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das formstabil und gegen die herrschenden Temperaturen und die mit ihnen in Berührung kommenden Chemikalien beständig ist.
Schritt i)
In Schritt i) werden die Scheiben 12 beispielsweise mittels eines Vakuumsaugers 181 einzeln aus dem Scheibenträger 13 entnommen. Um den für die Entnahme notwendigen seitlichen Zugang zu den Scheiben 12 zu erhalten, kann zumindest eines der Endstücke 132 des Scheibenträgers 13 eine geeignete Öffnung (beispielsweise einen vertikalen Schlitz) aufweisen, durch die der Vakuumsauger seitlich an die Scheiben 12 herangeführt werden kann. Alternativ kann wenigstens eines der Endstücke 132 zweiteilig ausgebildet sein, wobei der obere Teil abgenommen werden kann. Dies ist in 6, 7 und 10 dargestellt. Die einzelne Entnahme der Scheiben 12 (7) kann entweder manuell oder vorzugsweise durch einen Roboter 182 erfolgen, wie in 7 angedeutet. Die Scheiben 12 werden nach der Entnahme aus dem Scheibenträger 13 entweder direkt einer weiteren Bearbeitung zugeführt, beispielsweise einer Reinigung, oder zunächst in eine Kassette gestellt. Bei der Entnahme können die Grenzen zwischen den Scheibenpaketen 121, 122, 123 leicht anhand der Trennstücke 15 (oder anhand der ggf. im optionalen Schritt h) eingesetzten Trennplatten 17) erkannt und dadurch eine getrennte Weiterbearbeitung oder Lagerung der aus verschiedenen Werkstücken stammenden Scheiben 12 sichergestellt werden.
Bei automatischer einzelner Entnahme durch einen Roboter 182 (7, 8, 9, 11) können die in den Figuren dargestellten Trennplatten 17 leicht anhand ihrer über die Kreisfläche 171 hinaus stehenden Teile 172 (11) durch einen Sensor 183 erkannt werden. Die Trennplatten 17 werden vorzugsweise ebenfalls vom Roboter 182 mittels des Vakuumsaugers 181 entnommen und getrennt von den Scheiben 12 abgelegt. Die Scheiben 12 der nächsten Pakete 122, 123 (8, 9) werden analog zu den Scheiben des ersten Pakets 121 entnommen und beispielsweise in jeweils andere Kassetten gestellt. 10 zeigt den vollständig entleerten Scheibenträger 13 mit den an den Stäben 131 befestigten Trennstücken 15.

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtgattersäge mit einer Gatterlänge L_G, umfassend folgende Schritte: a) Auswahl einer Anzahl von n ≥ 2 Werkstücken aus einem Vorrat von Werkstücken unterschiedlicher Länge, sodass die Ungleichung
erfüllt ist und gleichzeitig die rechte Seite der Ungleichung möglichst groß wird, wobei L_i mit i = 1...n für die Längen der ausgewählten Werkstücke und A_min für einen vordefinierten Mindestabstand steht, b) Fixieren der n Werkstücke in Längsrichtung hintereinander auf einer Montageplatte, wobei zwischen den Werkstücken jeweils ein Abstand A ≥ A_min eingehalten wird, der so gewählt ist, dass die Beziehung
erfüllt ist, c) Einspannen der Montageplatte mit den daran fixierten Werkstücken in der Drahtgattersäge und d) Auftrennen der n Werkstücke senkrecht zu deren Längsachse mittels der Drahtgattersäge.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei Schritt a) so durchgeführt wird, dass die Ungleichung
erfüllt ist, wobei L_min für eine vordefinierte minimale Länge steht, die kleiner ist als die Gatterlänge L_G.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei L_min ≥ 0,7·L_G.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in Schritt a) bevorzugt Werkstücke ausgewählt werden, die zur Herstellung von Scheiben verwendet werden können, für die ein früher Liefertermin vereinbart ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei bei Unterschreitung eines vordefinierten zeitlichen Mindestabstands zu einem Liefertermin die Ungleichung (1) in Schritt a) nicht mehr zwingend erfüllt werden muss.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei als erstes Werkstück in jedem Fall ein Werkstück ausgewählt wird, das für die Erfüllung des noch nicht bearbeiteten Auftrags mit dem frühesten Liefertermin benötigt wird und anschließend weitere Werkstücke so ausgewählt werden, dass die rechte Seite der Ungleichung (1) möglichst groß wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Auswahl der Werkstücke in Schritt a) von einem Rechner vorgenommen wird, der Zugriff auf die Längen aller Werkstücke des Vorrats hat.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Vorrat von Werkstücken aus einem Vorrat von zylindrischen Kristallen erzeugt wird, indem jeder Kristall senkrecht zu seiner Längsachse in wenigstens zwei Werkstücke mit einer Länge L_i aufgetrennt wird, die nicht größer ist als die Gatterlänge L_G der in Schritt d) verwendeten Drahtgattersäge, wobei jeder Kristall einem oder mehreren Aufträgen zugeordnet ist, wobei für jeden Auftrag ein Maximalwert für den Warp einer Scheibe spezifiziert ist, der nicht überschritten werden darf, und wobei – in einem Fall 1) ein Kristall, der einem Auftrag mit einem niedrigen Maximalwert für den Warp zugeordnet ist, in möglichst lange Werkstücke aufgetrennt wird, und – in einem Fall 2) ein Kristall, der einem Auftrag mit einem hohen Maximalwert für den Warp zugeordnet ist, in vergleichsweise kurze Werkstücke aufgetrennt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei für die Länge L_i der Werkstücke im Fall 1) die Beziehung L_G/2 < L_i ≤ L_G gilt.
Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei für die Länge L_i der Werkstücke im Fall 2) die Beziehung L_i < L_G/2 gilt.
Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtgattersäge, umfassend folgende Schritte: a) Auswahl einer Anzahl von n ≥ 2 Werkstücken aus einem Vorrat von Werkstücken unterschiedlicher Länge, b) Fixieren der n Werkstücke in Längsrichtung hintereinander auf einer Montageplatte (11), wobei zwischen den Werkstücken jeweils ein Abstand eingehalten wird, c) Einspannen der Montageplatte (11) mit den daran fixierten Werkstücken in der Drahtgattersäge, d) Auftrennen der n Werkstücke senkrecht zu deren Längsachse mittels der Drahtgattersäge, wobei n an der Montageplatte (11) fixierte Pakete (121, 122, 123) von Scheiben (12) entstehen, e) Einstellen der an der Montageplatte (11) fixierten Scheiben (12) in einen Scheibenträger (13), der jede Scheibe (12) an wenigstens zwei von der Montageplatte (11) abgewandten Punkten des Scheibenumfangs unterstützt, f) Einführen wenigstens eines Trennstücks (15) in jeden der Abstände zwischen zwei benachbarten Paketen (121, 122, 123) von Scheiben (12) und Befestigen des Trennstücks am (15) Scheibenträger (13), g) Lösen der Verbindung zwischen den Scheiben (12) und der Montageplatte (11), i) sequenzielle Entnahme jeder einzelnen Scheibe (12) aus dem Scheibenträger (13).
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei in Schritt i) die Grenze zwischen den Paketen (121, 122, 123) von Scheiben (12) anhand der Position des Trennstücks (15) erkannt wird und die Scheiben (12) eines Pakets (121, 122, 123) getrennt von den Scheiben (12) der anderen Pakete (121, 122, 123) weiterverarbeitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei zwischen den Schritten g) und i) ein zusätzlicher Schritt h) durchgeführt wird, in dem wenigstens eine Trennplatte (17) in jeden der Abstände zwischen zwei benachbarten Paketen (121, 122, 123) von Scheiben (12) neben dem dort befestigten Trennstück (15) eingeführt wird, wobei sich die Trennplatte (17) von den Scheiben (12) unterscheidet und nicht am Scheibenträger (13) befestigt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei in Schritt i) die Grenze zwischen den Paketen (121, 122, 123) von Scheiben (12) anhand der Position der Trennplatte (17) erkannt wird und die Scheiben (12) eines Pakets (121, 122, 123) getrennt von den Scheiben (12) der anderen Pakete (121, 122, 123) weiterverarbeitet werden.