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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung
von Siliziumwafern aus einem Waferblock, einen Blockhalter zum Halten des
Waferblocks sowie die Verwendung von mit dem Verfahren hergestellten
Wafern.
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Wafer
sind dünne
Scheiben und dienen als Träger
bzw. Basis oder Lager für
elektronische Bauteile wie Computerchips, LED oder auch für Solarzellen.
Aufgrund des ungebrochenen Interesses und der hohen Nachfrage an
neuen, insbesonders umweltfreundlichen Technologien nimmt auch die
Nachfrage nach Wafern aus verschiedensten Materialien, insbesondere
jedoch solchen aus Silizium von Jahr zu Jahr zu.
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Um
Wafer, wie z. B. Siliziumwafer, herzustellen, werden üblicherweise
Blöcke
aus geschmolzenen Material in kristalliner Form gezüchtet und
in einem weiteren Schritt zu einer gewünschten Form, meist zu quaderförmigen Waferblöcken zersägt. Dabei
kann sowohl mono- als auch polykristallines Material verwendet werden.
Aus diesen Waferblöcken werden
in einem weiteren Schritt die einzelnen Waferscheiben herausgesägt und zwar üblicherweise quer
zu ihrer Längsrichtung,
so dass die Seitenflächen
des Waferblocks die Kantenflächen
der geschnittenen Waferscheiben bilden.
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Dieser
Sägevorgang
wird üblicherweise
mittels einer sogenannten Multi Wire Säge durchgeführt. Eine solche Multi Wire
Säge weist
ein Drahtfeld aus parallel zueinander angeordneten Sägedrähten auf, mit
denen der Waferblock in nebeneinan der angeordnete Waferscheiben
geschnitten wird. Unterstützt wird
das Zersägen
bzw. Schneiden des Waferblocks mit Hilfe abrasiv wirkender harter
Partikel, beispielsweise aus SiC oder Diamant, die entweder in der Drahthülle fest
eingebunden sind (gebundenes Korn) oder die in einem viskosen Fluid
suspendiert enthalten sind (loses Korn), wobei jeder Sägedraht
mit einer Hülle
aus Fluid und Korn versehen wird, was z. B. durch Eintauchen oder
Besprühen
erfolgen kann. Bei einer derartigen Vorgehensweise ist es notwendig, den
zu zersägenden
Waferblock fest zu verankern. Diese Verankerung erfolgt üblicherweise
mittels einem feststehenden Säge-
oder Haltetisch der Sägevorrichtung.
Bei dem vollständigen
Zerteilen des Waferblocks in Waferscheiben, kann es vorkommen, dass
der Sägedraht
in den metallenen Säge-
oder Haltetisch hineinsägt,
was sowohl zu einem Verschleiß der
Sägedrähte als
auch zu einer Beschädigung
oder sogar Zerstörung
des Säge-
bzw. Haltetisches führt.
Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise
zwischen dem als Säge-
oder Haltetisch verwendeten Maschinenträger und dem zu zersägenden Waferblock
ein Blockhalter angeordnet, der aus einem Material mit im Vergleich
zum zu durchsägenden
Waferblock ähnlichen
Materialeigenschaften besteht und der üblicherweise nach Gebrauch
verworfen wird. Als Material für
den Blockhalter wird beispielsweise Glas, eine Glaskeramik oder
ein Kunststoff verwendet.
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Während des
Sägevorgangs
sind die Waferblöcke
mit dem meist als Platte ausgebildeten Blockhalter, der häufig auch
als Blockträger
bezeichnet wird, direkt mittels eines Klebers fest verbunden, wobei
der Blockhalter seinerseits an dem Säge- oder Haltetisch der Sägevorrichtung
angeordnet ist. Beim Zersägen
der Waferblöcke
kann es vorkommen, dass der Bediener infolge der Durchbiegung des Drahtfeldes
der Meinung ist, der Waferblock sei bereits durchgesägt, obwohl
dies im mittleren Teil des Waferblocks noch gar nicht der Fall ist.
Ein solcher unvollständig
durchtrennter Waferblock muss verworfen werden. Um dies zu vermeiden,
wird daher länger
als eigentlich nötig
gesägt,
wodurch die Prozesszeit verlängert
wird und wodurch trotz Anordnung des Waferblocks am Blockhalter
die Gefahr besteht, in den metallischen Maschinenträger hineinzusägen und
diesen zu beschädigen.
Eine Möglichkeit, diese
Risiken zu reduzieren, besteht darin, den Vorschub und damit gleichzeitig
die Durchbiegung des Drahtfeldes zu verringern. Aber auch dies erhöht die Prozesszeit
und garantiert keine 100%-ige Sicherheit. Es ist daher zur Erhöhung der
Prozessstabilität und
zur Reduzierung der Prozesskosten wünschenswert, ein Verfahren
bereit zu stellen, das die Probleme vom Stand der Technik vermeidet.
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Die
Erfindung hat daher zum Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Herstellung von Wafern bereitzustellen, die eine vollständige Durchtrennung des
Waferblocks in Waferscheiben sicherstellen, wobei gleichzeitig unnötige Prozesszeit
und eine Beschädigung
des Maschinenträgers
(Sägetisch)
vermieden wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung, den Beispielen und Figuren.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
dass der Blockhalter mindestens einen Sensor aufweist, der das vollständige Durchtrennen
des Waferblockes anzeigt. Die Art des Sensors kann vielfältig ausgestaltet
sein. In einer besonderen Ausführungsform
ist der Sensor ein optischer Sensor, der bei Unterbrechung eines
Lichtsignals auslöst.
Der Signalträger
ist dabei beispielsweise ein dünner
Lichtleiter, z. B. eine Glasfaser, so dass das Durchtrennen der
Glasfaser die Lichtleitung unterbricht. Diese Unterbrechung ist das
Sensorsignal, welches das vollständige
Zersägen
des Waferblocks anzeigt.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, dass der Blockhalter selbst oder zumindest
ein Teil davon als Sensor verwendet wird, insbesondere bei Herstellung des
Blockhalters aus Glas oder einer Glaskeramik.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Sensor als elektrischer Sensor ausgebildet, beispielsweise
als ein dünner
Draht, insbesonders ein fadenförmiger
Draht. Bei einem solchen Sensor wird das Signal durch Kontakt mit
dem Draht oder eine Durchtrennung des Drahtes ausgelöst. Hierfür kann jedes
Drahtmaterial verwendet werden, welches elektrisch leitend ist.
Typische Materialien sind beispielsweise Graphit, Metalle oder Metalllegierungen,
z. B. Eisen, Kupfer oder Stahl.
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Weiterhin
bevorzugt ist der Sensor ein Drucksensor, der bei Druckerhöhung oder
Druckreduktion auslöst,
beispielsweise wenn der Druck in einem Flüssigkeitskanal abfällt, weil
die Flüssigkeit
aus dem Kanal austritt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
löst der
Sensor des Blockhalters ein Signal aus, das den Sägevorgang
beendet. Das Ende des Sägevorgangs wird
z. B. durch Schließen
oder durch Unterbrechen eines Sensorkreises, beispielsweise eines
Strom- oder Lichtkreises, verursacht. Dabei kann ein zusätz liches
optisches oder akustisches Signal das Ende des Sägevorgangs anzeigen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der Blockhalter aus Glas oder aus Glaskeramik. Es sind aber
auch andere Materialien als Blockhalter verwendbar, wie zum Beispiel
ein keramisches Material oder auch Kunststoff, wobei hier nur solche Kunststoffe
geeignet sind, die ausreichend fest bzw. starr sind und sich mit
verfügbaren
Klebern ausreichend fest mit dem Waferblock verkleben lassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist zusätzlich
ein weiterer Sensor als Vorkontakt bzw. Sensor in dem Blockhalter
angeordnet. Mittels dieses zweiten Sensors lässt sich eine erhöhte Prozessgenauigkeit
erzielen. Weiterhin ist ein solcher Sensor für eine Reduzierung der Sägegeschwindigkeit
einsetzbar. Der zweite Sensor kann ebenfalls ein zusätzliches
elektrisches oder optisches Signal auslösen. Dabei kann der zweite
Sensor auf dem gleichen Prinzip beruhen wie der erste Sensor. Jedoch
ist es auch möglich,
hier unterschiedliche Prinzipien anzuwenden, beispielsweise eine
Kombination eines elektrisch leitenden Sensors mit einem optischen Sensor.
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Der
Sensor kann in die Materialmatrix des Blockhalters eingebettet oder
auch nur auf seiner Oberseite angeordnet sein. Vorzugsweise wird
der Sensor entlang der longitudinalen Achse des Waferblocks und
quer zur Sägerichtung
am oder im Blockhalter angeordnet und insbesondere mittig, da er
bei dieser Anordnung aufgrund der Durchbiegung des Sägedrahtes
von diesem dann erst erreicht wird, wenn im Wesentlichen der gesamte
Waferblock vollständig
durchtrennt ist. Bei einer Ausführungsform des
Sensors als Draht oder Lichtsignal ist es daher möglich, dass
der Sensor sich seitlich oder in der Mitte in Längsrichtung des Waferblocks
erstreckt. Weiterhin ist eine Kombination aus seitlichen und einem mittigen
Sensor vorteilhaft, wenn zusätzliche
Sensoren gewünscht
sind, die ein baldiges Ende des Sägevorganges anzeigen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Blockhalter in zwei Teile geteilt, wobei zwischen den beiden
Teilen der Sensor mittig in einem Durchlass angeordnet ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Blockhalter zusätzlich
einen Kanal oder eine Leitung, durch welche ein Fluid geleitet werden
kann. Dabei kann dieser Kanal bzw. diese Leitung vollständig offen
sein oder auch mit kleinen Öffnungen
versehen sein. In einer weiteren Ausführungsform kann der Kanal auch
in geschlossener Form ausgestaltet sein, wobei er beim vollständigen Durchsägen des
Blockes mit angesägt
wird. Auf diese Weise wird an der Sägestelle eine Öffnung des Kanals
gebildet. Durch einen derartigen Kanal oder ein derartiges Rohr
ist es möglich,
nach Beendigung des Sägevorganges
ein Spülfluid
zu leiten, welches insbesondere bei mittiger Anordnung des Kanals
in der Mitte der zersägten
aber immer noch am Blockhalter klebenden Waferscheiben austritt
und das zwischen den Wafern verbliebene aber schwer zu entfernende
Gemisch aus Kühl-
bzw. Sägefluid
und Abrasivkörnern
ausspült.
Es hat sich nämlich
gezeigt, dass nach dem Zersägen
insbesonders dünner
Wafer mit einer Dicke ≤ 180 μm Kühl- bzw.
Sägefluid
zwischen den Wafern verbleibt und diese so verklebt, dass es nur
sehr schwer zu entfernen ist. Das noch an dem Wafer haftende Sägefluid
wird bei der folgenden Reinigung der Wafer über viele weitere Waschschritte
mitgeschleppt, so dass die dort verwendeten Waschfluids häufiger ausgetauscht
oder erneuert werden müssen,
was wiederum die Produktionskosten erhöht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Kanal als Sensor ausgebildet, so dass er sowohl die vollständige Druchtrennung
des Waferblocks anzeigt als auch eine Reinigung der Waferscheiben
von oben aus ermöglicht.
Ebenfalls bevorzugt kann der Druckverlust beim Austreten des Spülfluids
aus dem Kanal als Sensorsignal verwendet werden.
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Die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw.
mit der Sägevorrichtung
hergestellten Wafer werden bevorzugt als Solarzelle, Halbleiterwafer, Quarzwafer
oder Siliziumwafer verwendet. Es ist jedoch auch die Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
für jedwede
anderen Wafer möglich.
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Die
Erfindung soll anhand der folgenden Figuren näher erläutert werden. Die Figuren sind
lediglich beispielhaft und schränken
den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
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1 zeigt
die Draufsicht eines Blockhalters. Dabei ist der Sensor mittig,
als durchlaufender Faden dargestellt.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch einen Verbund aus dem Blockhalter und einem
am Blockhalter angeordneten Waferblock entlang der Schnittebene
AA.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist ein Sensor 2 innerhalb eines Kanals 3 eines
Blockhalters 1 angeordnet, und zwar so, dass er erst dann
ein Signal auslöst,
wenn der Waferblock 8 vollständig durchtrennt ist und außerdem der
Kanal 3 so weit aufgesägt
ist, dass ein sich im Kanal befindendes Spülfluid nach unten austreten
kann. Weiterhin weist der Blockhalter 1 seitlich zusätzliche
Sensoren 4, 5 auf, welche ein baldiges Erreichen
des mittleren Hauptsensors 2 und damit ein baldiges Ende
des notwendigen Sägevorgangs
melden. Der Waferblock 3 bzw. die Waferscheiben sind mittels
eines Klebers 6 fest mit dem Blockhalter 1 verbunden.
Der Blockhalter 1 ist mit einem Sägetisch 9 einer Sägevorrichtung,
die nicht dargestellt ist, lösbar
verbunden. Die Verbindung zwischen dem Blockhalter 1 und
dem Sägetisch 9 selbst
kann dabei mechanisch mittels Klemmen oder Schrauben oder auch mittels
eines weiteren Klebers erfolgen.
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Mit
der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
eines Blockhalters 1 lässt
sich der am Blockhalter angeordnete Waferblock 8 daher
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
vollständig durchtrennen,
ohne dass eine Beschädigung
des Sägetisches 9 der
Sägevorrichtung
befürchtet
werden muss. Der Sägevorgang
ist automatisiert und mit in sehr geringer Prozesszeit möglich.