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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Materialscheiben mit einer Haltevorrichtung für einen Materialblock, insbesondere einen Siliziumblock, und einer Drahtsäge, welche mehrere parallel nebeneinander liegende, ein Sägegitter aufspannende Sägedrähte aufweist, wobei die Ebene des Sägegitters und die von der Drahtsäge zu durchtrennende Materialebene des Materialblocks einen von 0° verschiedenen Winkel einschließen.
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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.
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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.
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Aus der
EP 0 980 303 B1 und der
DE 10 2007 028 439 A1 ist jeweils eine Drahtsäge zum Schneiden von dünnen Scheiben bekannt, die der die Ebene des Sägegitters und die von der Drahtsäge zu durchtrennende Materialebene des Materialblocks einen von 0° verschiedenen Winkel einschließen. Der Materialblock ist an einem Haltetisch befestigt, z. B. angeklebt.
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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.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Dadurch, dass die Ebene des Sägegitters und die von der Drahtsäge zu durchtrennende 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.
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Erfindungsgemäß weist vorgesehen die Haltevorrichtung mehrere nebeneinander liegende Halteabschnitte auf, 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.
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Dabei weisen die Haltevorrichtung und die mehreren nebeneinander liegenden 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.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Halteabschnitte quer zur Schneidrichtung der Drahtsäge oder zur Laufrichtung der Sägedrähte nebeneinander liegen. Somit kann nacheinander jeweils einer der Halteabschnitte vom Materialblock gelöst werden, bevor die Sägedrähte im Bereich dieses Halteabschnitts den Materialblock vollständig durchtrennt. Es wird also verhindert, dass die Drahtsäge in den Halteabschnitt sägt.
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Mit Vorzug ist neben dem Materialblock und neben der Drahtsäge eine Entnahmevorrichtung für die hergestellten Materialscheiben vorgesehen. Mittels dieser Entnahmevorrichtung werden die nacheinander vom Materialblock abgetrennten, d. h. abgesägten Materialscheiben erfasst und abgeführt. Da der Materialblock aufgrund der Schrägstellung von Materialblock und Drahtsäge quer zur Schneidrichtung und Laufrichtung der Sägedrähte abgetragen wird, befindet sich die Entnahmevorrichtung neben der Drahtsäge. Dies bedeutet auch, dass die Entnahmevorrichtung in der Flucht der nebeneinander liegenden Halteabschnitte liegt.
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Mit Vorzug weist die Entnahmevorrichtung eine Vakuumspanneinrichtung für die nebeneinander liegenden Halteabschnitte auf. Vakuumgreif- und -spanneinrichtungen haben den wesentlichen Vorteil, dass sie Werkstücke ohne Verformung und sehr schnell ergreifen können. Außerdem können die Werkstücke positionsgenau abgelegt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drahtsäge zwei Walzen aufweist, die achsparallel nebeneinander liegen 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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung drei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiels im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines sich oberhalb einer Drahtsäge befindenden Materialblocks;
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2 die Ansicht des Materialblocks gemäß 1, wobei der Materialblock teilweise in die Drahtsäge eingetaucht ist;
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3 die Ansicht des Materialblocks gemäß 2, wobei eine Seite des Materialblocks nahezu vollständig durchtrennt ist;
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4 die Ansicht des Materialblocks gemäß 3, wobei ein Halteabschnitt der Haltevorrichtung abgehoben ist;
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5 die Ansicht des Materialblocks gemäß 4, wobei eine abgetrennte Materialscheibe entfernt worden wird;
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6 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit kreiskegelstumpfförmigen Walzen für die Drahtsäge; und
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7 eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Führungsrollen für die Sägedrähte der Drahtsäge.
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Die 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 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 Materialebene 24 oder dessen Halteebene 26 einen Winkel 28 zur Ebene 22 des Sägegitters 16 einschließt, der größer 0° und insbesondere 5° ist.
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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.
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In der Darstellung der 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.
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In der Darstellung der 3 ist das Ende 36 des Materialblocks 10, das der vom Halteabschnitt 20 gehaltenen Stirnseite 8 gegenüber liegt, 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 4 dargestellt ist. Die einzelnen nebeneinander liegenden 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 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.
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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 schräg gestellt. 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.
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Beim in der 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 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 1 bis 5.
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Beim in der 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 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.
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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.
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Der Vorteil der alternativen Ausführungsform zu den 1 und 5 mit parallel zu seinen Seitenkanten in Richtung des Pfeils 14 transportiertem Materialblock 10 sowie der Ausführungsformen der 6 und 7 besteht darin, dass beim Zerteilen des Materialblockes 10 keine unbrauchbaren, keilförmigen Anschnitte entstehen.
