DE102006052910A1

DE102006052910A1 - Wafer-Herstellungs-Verfahren und -Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006052910A1
Application number: DE102006052910A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Döpping; Matthias Dr. Reinecke; Holger Brosche; Hans-Joachim Gretzschel; Steffen Pollack
Original assignee: Deutsche Solar GmbH; HAP Handhabungs Automatisierungs und Prazisionstechnik GmbH
Current assignee: Meyer Burger Germany GmbH
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2026-11-09
Also published as: DE102006052910A8; US20080105247A1; DE102006052910B4; US8123866B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterial-Wafern mit einer Säge (1) befestigten Scheiben (3), einer der Säge-Einrichtung in Prozessrichtung nachgeordneten Vorreinigungs-Einrichtung (7) zur Vorreinigung der Oberflächen der an der Säge-Halterung (1) hängenden Scheiben (3) und einer in Prozessrichtung nachgeordneten Entklebe-Einrichtung (9) zur Ablösung der Scheiben (3) von der Säge-Halterung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Wafern aus Halbleitermaterial, insbesondere Silicium.
Bei der Herstellung von Wafern werden Siliciumblöcke an einer Säge-Halterung festgeklebt. Anschließend wird der Siliciumblock in einzelne Scheiben gesägt, die nach dem Sägeprozess noch an der Halterung haften. Im Anschluss daran werden die Scheiben von der Halterung gelöst und durchlaufen danach verschiedene Reinigungsschritte. Dies ist sehr arbeitsaufwändig, da das Umordnen der Scheiben nach dem Sägeprozess in neue Halterungen viel Arbeit erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit dem Wafer einfacher hergestellt werden können.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Scheiben nach dem Sägen an der Säge-Halterung zu belassen und die ersten Reinigungsschritte durchzuführen, solange die Scheiben noch an der Säge-Halterung befestigt sind. Erst im Anschluss daran werden die Scheiben von der Säge-Halterung gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Es zeigen
1 eine Säge-Halterung mit Silicium-Scheiben,
2 eine Auffang-Einrichtung für Silicium-Scheiben,
3 einen Seitenansicht der Auffang-Einrichtung gemäß 2, wobei die Silicium-Scheiben an der Säge-Halterung befestigt sind,
4 einen Seitenansicht entsprechend 3, wobei die Silicium-Scheiben von der Säge-Halterung abgelöst sind, und
5 ein Ablaufdiagramm für die Reinigung der Silicium-Scheiben.
Zur Herstellung von Wafer, insbesondere aus Silicium, werden Silicium-Blöcke zunächst in Säulen gesägt, die im Querschnitt annähernd die Form der herzustellenden Wafer haben. Allgemein kann es sich um Blöcke aus einem beliebigen Material, insbesondere aus einem beliebigen halbleitenden Material, bevorzugt aus Silicium handeln. Bei den Blöcken kann es sich um monokristallines oder polykristallines Material, insbesondere Silicium handeln. Die Wafer sind insbesondere für den Einsatz in der Photovoltaik vorgesehen. Die Säulen weisen beispielsweise eine Abmessung (Länge × Breite × Höhe) von 500 × 100 × 100 mm bis 900 × 400 × 400 mm auf. Die Säulen werden an einer Längsfläche an eine Säge-Halterung 1, beispielsweise aus Glas bestehend, über eine Klebstoff-Schicht 2 angeklebt. Anschließend werden die Säulen durch eine handelsübliche Drahtsäge in Scheiben 3 gesägt. Die Scheiben 3 weisen eine Dicke von 100 μm bis 400 μm auf. Die Scheiben 3 besitzen entsprechend dem oben angegebenen Querschnitt der Säulen eine Fläche von 100 mm × 100 mm bis 400 mm × 400 mm. In 1 sind die Scheiben 3 nach dem erfolgten Säge-Prozess schematisch dargestellt, wobei diese noch an der Säge-Halterung 1 hängen. Weder die Dicke der Scheiben, noch deren Abstand voneinander ist maßstabsgetreu.
Nach der Beendigung des Säge-Prozesses wird die Säge-Halterung 1 mitsamt den Scheiben 3 aus der Säge-Einrichtung entfernt. Anschließend wird die Säge-Halterung 1 zusammen mit den an ihr befestigten Scheiben 3 mit einer Auffang-Einrichtung 4 versehen, wie sie in 2 dargestellt ist. Die Auffang-Einrichtung 4 dient der Stabilisierung der Scheiben 3 während der weiteren Prozess-Schritte und dem späteren Auffangen der Scheiben 3, nachdem diese von der Säge-Halterung 1 entfernt worden sind.
Anschließend werden die an der Säge-Halterung 1 hängenden Scheiben 3 zusammen mit der Auffang-Einrichtung 4 in einen Beladewagen 5 überführt, der ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Becken zur Aufnahme der Scheiben 3 aufweist. In dem Beladewagen 5 werden die Scheiben einem Puffer-Becken 6 zugeführt. Das Puffer-Becken 6 ist mit einer Flüssigkeit, insbesondere Wasser bzw. Tensidlösung gefüllt und dient der Zwischenlagerung der Scheiben 3.
Anschließend werden die Scheiben 3 einem Vorreinigungs-Becken 7 zugeführt, in dem die Abreinigung der Schneidslurry bzw. des Schneidschlamms durch Andüsen mit einer Reinigungsflüssigkeit erfolgt, welche z. B. Wasser mit oder ohne Tensidzugabe oder eine organische Substanz sein kann. Die Vorreinigung mit Wasser oder einer wässrigen Tensidlösung erfolgt bei 10°C bis 45°C, insbesondere 20°C bis 35°C. Die Abreini gung der Schneidslurry erfolgt oberhalb und/oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels sowie durch ein- oder mehrmaliges Herausheben der an der Säge-Halterung 1 haftenden Scheiben 3 aus dem flüssigkeitsgefüllten Becken. Diese Abläufe werden bis zum Erreichen eines befriedigenden Reinigungsergebnisses wiederholt. Anschließend werden die Scheiben 3 einem zweiten Puffer-Becken 8 zugeführt, welches mit einer entsprechenden Flüssigkeit – wie Becken 6 – gefüllt ist.
Danach erfolgt ein Umsetzen in ein zweites Prozessbecken, nämlich das Entklebe-Becken 9, welches mit einer Entklebelösung gefüllt ist. Die Entklebung erfolgt bei 60 bis 100°C, insbesondere 70 bis 95°C. Die Entklebelösung besteht beispielsweise aus Wasser mit oder ohne Tensidzusatz oder einer Mischung von Wasser mit einer organischen Säure. Bis zum Erreichen des Entklebe-Beckens 9 sind die Scheiben 3 fest mit der ursprünglichen Säge-Halterung 1 über die Klebstoff-Schicht 2 verbunden. In dem Entklebe-Becken 9 werden die Scheiben 3 von der Säge-Halterung 1 abgelöst. Zur Erleichterung des Demontage-Prozesses können die in die Auffang-Einrichtung 4 eingebrachten, drahtgesägten Säulen entlang ihrer Längsachse um einen Winkel zwischen 0° und 45° gegen die Horizontale gekippt werden. Das Ende des Demontage-Prozesses ist durch das komplette Ablösen aller Scheiben 3 von der Säge-Halterung 1 gekennzeichnet. Im Anschluss daran wird die Entklebe-Lösung aus dem Entklebe-Becken 9 entfernt und ein Antrocknen der auf eine Temperatur von 70 bis 90°C erwärmten Scheiben 3 durch Besprühen mit erwärmter Flüssigkeit unterbunden. Nach dem Ablösen der Scheiben 3 von der Säge-Halterung 1 werden diese in der Auffang-Einrichtung 4 aufgefangen. Anschließend wird die Auffang-Einrichtung 4 inklusive der separierten Scheiben 3 in ein Abkühl-Becken 10 umgesetzt, welches eine Temperatur von 40 bis 60°C aufweist. Das Abkühl-Becken 10 enthält eine geeignete Flüssigkeit.
Nach dem Abkühlen in dem Abkühl-Becken 10 werden die Scheiben 3 in der Auffang-Einrichtung 4 in ein weiteres Puffer-Becken 11 umgesetzt, das flüssigkeitsgefüllt ist. Von dort aus erfolgt das Umsetzen der Scheiben 3 in der Auffang-Einrichtung 4 in einen flüssigkeitsgefüllten Entlade-Wagen 12, mit welchem die Scheiben 3 einer Vereinzelungs-Einrichtung zugeführt werden. Am Ende des Verfahrens entstehen gereinigte, hochwertige, vereinzelte Wafer aus einem Halbleitermaterial, insbesondere Silicium. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Entfernung der Schneidslurry und die Vorreinigung erfolgen, wenn die Scheiben 3 noch an der Sage-Halterung 1 hängen. Dies hat den zentralen Vorteil, dass die Scheiben 3 mit der Schneidslurry auf der Oberfläche nicht zur Entfernung derselben vereinzelt werden müssen. Vor allem bei geringen Scheibendicken, beispielsweise von 100 μm, kann dies zu einer Beschädigung der Scheiben führen. Nach der vorliegenden Erfindung erfolgt die Vereinzelung der Scheiben erst, wenn diese vorgereinigt sind.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 die Auffang-Einrichtung 4 näher beschrieben. Die Auffang-Einrichtung 4 weist im Wesentlichen die Form eines Kubus in Gitterform auf. Die Stirnseiten werden gebildet durch U-förmige Stirn-Teile 13, 14 jeweils bestehend aus einer Basis-Strebe 15 und zwei sich davon nach oben erstreckenden Schenkeln 16, 17. Die Stirn-Teile 13, 14, die einander gegenüber stehen, werden durch obere Längsträger 18 sowie untere Längsträger 19 miteinander verbunden, so dass ein starres kubisches Gerüst entsteht. Im Bereich der Basis-Streben 15 sowohl des Stirn-Teils 13 als auch des Stirn-Teils 14 sind zwei verschwenkbare Arme 20, 21 angeordnet, zwischen denen drehbar gelagerte Walzen 22, 23 angeordnet sind. Die Arme 20, 21 sind in der nach oben geschwenkten, in 2 dargestellten Position arretierbar. Zwischen den beiden Schenkeln 16 einerseits und den beiden Schenkeln 17 andererseits sind jeweils übereinander zwei Walzen 24, 25 auf der einen Seite und 26, 27 auf der anderen Seite angeordnet, die durch entsprechende Arme 28 und 29 bzw. 30 und 31 getragen sind, welche verschwenkbar an den Schenkeln 16 bzw. 17 befestigt sind. Alle Walzen 22 bis 27 sind auf Ihrer Oberfläche mit einem Kunststoff- bzw. Gummi-Schlauch 32 versehen, der umlaufende Rillen in großer Zahl aufweist, die die Silicium-Scheiben 3 in einer vertikalen Position halten sollen. An den oberen Enden der Schenkel 16 und 17 ist jeweils ein Tragarm 33 angelenkt, wobei einander in Längsrichtung gegenüberliegende Tragarme 33 durch einen Stab 34 miteinander verbunden sind. Zwischen in Querrichtung gegenüberliegenden in die Horizontale geschwenkten Tragarmen 33 verbleibt ein Aufnahme-Spalt 35.
Nach der Beendigung des Sägevorgangs wird die Säge-Halterung 1 zusammen mit den Scheiben 3 in die Auffang-Einrichtung 4 eingehängt, wobei die Säge-Halterung 1 in dem Spalt 35 angeordnet und gegenüber den Tragarmen 33 abgestützt ist. Die Silicium-Scheiben 3 sind zwischen den Walzen 24 bis 27 quer fixiert, wobei der weiche Schlauch 32 Zerstörungen der Scheiben 3 durch die Kontaktierung verhindert. Nach dem Ablösen der Klebstoff-Schicht 2 rutschen die Scheiben 3 vertikal nach unten, wie dies in 4 dargestellt ist, bis sie durch die Walzen 22 und 23 gehalten werden.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterial-Wafern mit a) einer Säge-Einrichtung zum Sägen von an einer Säge-Halterung (1) befestigten Scheiben (3), b) einer der Säge-Einrichtung in Prozessrichtung nachgeordneten Vorreinigungs-Einrichtung (7) zur Vorreinigung der Oberflächen der an der Säge-Halterung (1) hängenden Scheiben (3) und c) einer in Prozessrichtung nachgeordneten Entklebe-Einrichtung (9) zur Ablösung der Scheiben (3) von der Säge-Halterung (1).
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Entklebe-Einrichtung (9) eine Abkühl-Einrichtung (10) in Prozessrichtung nachgeordnet ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Prozessrichtung zwischen der Vorreinigungs-Einrichtung (7) und der Entklebe-Einrichtung (9) eine Flüssigkeit enthaltende Puffer-Einrichtung (8) vorgesehen ist.
Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial-Wafern, insbesondere Silicium-Wafern, umfassend die folgenden Schritte: a) Sägen von an einer Säge-Halterung (1) befestigten Scheiben (3), b) Vorreinigen der an der Säge-Halterung (1) befestigten Scheiben (3), c) Entfernen der Scheiben (3) von der Säge-Halterung (1) und Auffangen der Scheiben (3) in einer Auffang-Einrichtung (4) und d) weitere Prozessierung der separierten Scheiben (3).
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Säge-Halterung (1) verbundenen Scheiben (3) vom Sägen zur Vorreinigung in einem Wagen transportiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorreinigung mit Wasser oder einer wässrigen Tensidlösung bei 10 bis 45°C, insbesondere 20 bis 35°C durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung der Scheiben (3) von der Säge-Halterung (1) mit Wasser und/oder einer wässrigen Tensidlösung und/oder einer wässrigen Lösung einer organischen Säure bei 60 bis 100°C, insbesondere 70 bis 95°C durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vereinzelten Scheiben (3) nach der Entfernung von der Sage-Halterung (1) abgekühlt, insbesondere auf eine Temperatur von 40 bis 60°C abgekühlt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die separierten Scheiben (3) nach dem Abkühlen in einem Wagen der weiteren Prozessierung zugeführt werden.