DE102010028931A1

DE102010028931A1 - Wire saw apparatus for producing wafers

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Publication number: DE102010028931A1
Application number: DE201010028931
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-17
Also published as: WO2011141543A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drahtsägevorrichtung zum Herstellen von Wafern, insbesondere für die Halbleiter- und Photovoltaikindustrie. Die Drahtsägevorrichtung umfasst ein Drahtfeld aus eei der bewegbare Sägedraht um mindestens zwei beabstandete, mit Führungsnuten versehene Führungswalzen zur Bildung des Drahtfeldes läuft, wobei der Sägedraht dabei mehrfach parallel zueinander in dem Drahtfeld geführt und als ein Endlosdraht ausgebildet ist.The present invention relates to a wire saw device for producing wafers, in particular for the semiconductor and photovoltaic industries. The wire saw device comprises a wire field from which the movable saw wire runs around at least two spaced guide rollers provided with guide grooves to form the wire field, the saw wire being guided several times parallel to one another in the wire field and designed as an endless wire.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtsägevorrichtung zum Herstellen von Wafern für die Halbleiterindustrie, wobei die Drahtsägevorrichtung ein Drahtfeld aus einem in Längserstreckung bewegbaren Sägedraht umfasst, wobei der bewegbare Sägedraht um mindestens zwei voneinander beabstandete, mit Führungsnuten versehene Führungswalzen zur Bildung des Drahtfeldes läuft, wodurch der Sägedraht mehrfach parallel zueinander in dem Drahtfeld geführt ist.The invention relates to a wire saw apparatus for producing wafers for the semiconductor industry, the wire saw apparatus comprising a wire field of a longitudinally movable saw wire, wherein the movable saw wire runs around at least two guide grooves provided with guide grooves to form the wire field, whereby the saw wire multiple times is guided parallel to each other in the wire field.

Als Wafer wird in der Halbleiter-, Photovoltaikindustrie und Mikromechanik eine kreisrunde oder quadratische, ca. 0,2 mm bis 1 mm dicke Scheibe, z. B. aus Silizium, bezeichnet, die ein Substrat (Grundplatte) darstellt, auf dem elektronische Bauelemente, vor allem integrierte Schaltkreise, mikromechanische Bauelemente oder fotoelektrische Beschichtungen durch verschiedene technische Verfahren hergestellt werden. Der größte Teil wird allerdings für Photovoltaikanlagen verwendet. In einer Fertigung werden in der Regel mehrere Wafer zu einem Los zusammengefasst und bevorzugt parallel hergestellt, indem ein Materialrohling in einzelne Scheiben zersägt wird. Die Wafer besteht bevorzugt aus monokristallinem oder multikristallinen Silizium.As a wafer in the semiconductor, photovoltaic and micromechanics a circular or square, about 0.2 mm to 1 mm thick disc, z. B. silicon, which represents a substrate (base plate) on which electronic components, especially integrated circuits, micromechanical devices or photoelectric coatings are prepared by various technical methods. The largest part, however, is used for photovoltaic systems. In a production, several wafers are generally combined into one lot and preferably produced in parallel by sawing a material blank into individual slices. The wafer preferably consists of monocrystalline or multicrystalline silicon.

Silizium und vergleichbare Halbleitermaterialien zeichnen sich durch eine vergleichsweise hohe Sprödigkeit aus, auf die ein Bearbeitungsverfahren angepasst sein muss. Zum Abtrennen von Halbleiterscheiben, beispielsweise aus einem Siliziumrohling, der mit einem runden oder quadratischen Querschnitt ausgebildet sein kann, wird deshalb üblicherweise eine als Multiwire-Säge ausgebildete Drahtsägevorrichtung verwendet.Silicon and comparable semiconductor materials are characterized by a comparatively high brittleness, to which a machining process must be adapted. Therefore, for cutting semiconductor wafers, for example, a silicon ingot which may be formed with a round or square cross-section, a wire sawing machine designed as a multiwire saw is usually used.

Die Säge-Funktion der bekannten Multiwire-Säge ergibt sich dadurch, dass von einer Drahtspule bis zu 100 km Sägedraht über Führungswalzen mehrere tausendmal umgelenkt wird und damit ein Drahtfeld oder ein Drahtgitter mit zueinander parallelen Schneidedrähten (ähnlich einem Eierschneider) bildet. Am Ende wird der Sägedraht wieder auf eine andere Spule aufgewickelt. Die Führungswalzen müssen dabei eine identische Drehzahl aufweisen, damit der Sägedraht nicht reißt. Das so ausgebildete Drahtfeld erlaubt es, mehrere tausend Wafer gleichzeitig zu schneiden. Die EP 1 955 813 B1 zeigt ein Verfahren mit einer derartigen Drahtsägevorrichtung.The sawing function of the well-known multiwire saw results from the fact that from a wire spool up to 100 km saw wire over guide rollers several thousand times is deflected and thus forms a wire field or a wire grid with mutually parallel cutting wires (similar to an egg cutter). At the end, the saw wire is rewound onto another spool. The guide rollers must have an identical speed, so that the saw wire does not crack. The wire field formed in this way allows several thousand wafers to be cut simultaneously. The EP 1 955 813 B1 shows a method with such a Drahtsägevorrichtung.

Bis heute wird dabei teilweise noch mit nackten Draht und loser Schneidmittel (Slurry) gesägt, genauer gesagt geläppt. Nach einem Durchgang ist der Draht so geschädigt, dass er unbrauchbar ist. Üblich ist in zunehmender Weise deshalb ein mit Diamant beschichteter Sägedraht. Dieser kann mehrfach benutzt werden. Beim Sägen nur in eine Richtung sind Längen bis zu 100 km Draht erforderlich, ansonsten sind Sägerichtungswechsel unumgänglich. Diese verursachen nachteiligerweise tiefe Kerben im Rohmaterial. Außerdem führen Brems- und Beschleunigungswechsel bei den Richtungswechseln zu hohem Verschleiß in der Drahtsägevorrichtung. Nachteilig ist dabei außerdem, dass sich der Diamantsägedraht beim Aufeinanderwickeln auf der Spule selbst auch ohne Berührung mit dem Werkstück zerstört.To this day, some are still sawn with bare wire and loose cutting material (slurry), more specifically lapped. After a pass, the wire is so damaged that it is unusable. Conventionally, therefore, a saw wire coated with diamond is becoming increasingly common. This can be used several times. When sawing in only one direction, lengths of up to 100 km of wire are required, otherwise sawing direction changes are unavoidable. These disadvantageously cause deep notches in the raw material. In addition, brake and acceleration changes in the direction changes lead to high wear in the wire saw device. Another disadvantage is that the diamond saw wire destroys itself on the spool itself without touching the workpiece.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drahtsägevorrichtung bereit zu stellen, mit der mit geringen Sägedrahtlängen der Sägedraht in nur eine Richtung bewegt werden kann und bei der der Verschleiß sowohl in der Drahtsägevorrichtung sowie des Sägedrahts verringert ist.The invention is therefore an object of the invention to provide a wire saw, can be moved with the saw wire with small wire lengths of the saw wire in only one direction and in which the wear is reduced both in the wire saw device and the saw wire.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Drahtsägevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Sägedraht ein Endlosdraht ist.The object is achieved by means of a wire saw device of the type mentioned above in that the saw wire is an endless wire.

Der Sägedraht durchläuft also während eines Sägevorgangs kontinuierlich in der Drahtsägevorrichtung um. Dadurch kann der Sägedraht im Gegensatz zum Sägedraht bei einer Drahtsägevorrichtung gemäß dem Stand der Technik relativ kurz ausgeführt werden. Das bekannte Abwickeln von einer ersten Spule vor dem Sägevorgang und das anschließende Aufwickeln des Sägedrahtes auf eine zweite Spule kann vorteilhafterweise damit entfallen. Somit kann sich, insbesondere der Diamantsägedraht, beim Aufwickeln vorteilhafterweise nicht mehr selbst zerstören. Bei der Anwendung des Endlossägedrahts kann außerdem die Bewegungsrichtung des Sägedrahtes während des Sägevorgangs beibehalten werden. Richtungswechsel des Sägedrahts sind also nicht nötig. Durch werden die durch Richtungswechsel des Sägedrahts bedingten Kerben im Rohmaterial vermieden. Außerdem kann durch die nicht mehr nötigen Brems- und Beschleunigungswechsel bei den Richtungswechseln der Verschleiß in der Drahtsägevorrichtung reduziert werden.The saw wire thus continuously traverses during a sawing process in the wire saw device. As a result, the saw wire can be made relatively short in contrast to the saw wire in a wire saw apparatus according to the prior art. The known unwinding of a first coil before the sawing process and the subsequent winding of the saw wire on a second coil can be advantageously eliminated thereby. Thus, in particular, the diamond saw wire, advantageously no longer destroy itself during winding up. In addition, when using the endless wire rod, the direction of movement of the saw wire can be maintained during the sawing operation. Change of direction of the saw wire are not necessary. This avoids the notches in the raw material caused by changes in direction of the saw wire. In addition, can be reduced by the no longer necessary brake and acceleration changes in the direction changes of the wear in the wire saw device.

Der Sägedraht muss in der erfindungsgemäßen Drahtsägevorrichtung im Wesentlichen nur die Länge aufweisen, die nötig ist, um den Sägedraht durch alle Führungsnuten der Führungswalzen sequentiell zu führen, damit das gewünschte Drahtfeld entsteht. Zu dieser Länge muss dann lediglich ein kurzes Stück Sägedraht dazugefügt werden, um die beiden Sägedrahtenden zu dem Endlossägedraht zusammenzuführen. Der Endlossägedraht kann durch bekannte stoffschlüssige und belastungsfähige Verfahren, beispielsweise ein Schweißverfahren, zum Verbinden der beiden Sägedrahtenden einfach und kostengünstig hergestellt werden.The saw wire in the wire saw apparatus according to the invention must have substantially only the length which is necessary to guide the saw wire through all the guide grooves of the guide rollers sequentially, so that the desired wire field is formed. To this length then only a short piece of saw wire must be added to merge the two saw wire ends to Endlossägedraht. The Endlossägedraht can be easily and inexpensively manufactured by known cohesive and loadable processes, such as a welding process, for connecting the two saw wire ends.

Von Vorteil ist außerdem, dass der Endlossägedraht über mindestens eine Umlenkrolle von einer letzten Führungsnut zu einer ersten Führungsnut der Führungswalzen zurückgeführt wird. Der Endlossägedraht wird dabei bevorzugt in einer solch weiten Entfernung zum Drahtfeld zurückgeführt, dass das Rückführen des Sägedrahts den Sägevorgang in der Drahtsägevorrichtung nicht stört. Zu diesem Zweck sind in der erfindungsgemäßen Drahtsägevorrichtung bevorzugt zwei oder mehr Umlenkrollen angeordnet.Another advantage is that the Endlossägedraht at least one pulley from a last guide groove is returned to a first guide groove of the guide rollers. The Endlossägedraht is thereby preferably returned to the wire field in such a long distance that the return of the saw wire does not interfere with the sawing process in the Drahtsägevorrichtung. For this purpose, two or more deflection rollers are preferably arranged in the wire saw apparatus according to the invention.

Die Umlenkrollen können dabei derart angeordnet sein, dass mindestens zwei Umlenkrollen den Sägedraht diagonal über das Drahtfeld führen. Möglich ist allerdings auch, dass mindestens zwei Umlenkrollen den Sägedraht in einem Bereich außerhalb der Drahtfeldes der Drahtsägevorrichtung vorbeiführen. In beiden Ausführungen ist der zusätzliche Sägedrahtbedarf gering. Die Umlenkrollen sind kostengünstige Vorrichtungen, so dass keine erhöhten Kosten entstehen.The pulleys can be arranged such that at least two pulleys lead the saw wire diagonally across the wire field. However, it is also possible for at least two deflection rollers to guide the saw wire in an area outside the wire field of the wire saw device. In both versions, the additional saw wire requirement is low. The pulleys are inexpensive devices, so that no increased costs.

Ein Antrieb der Drahtsägevorrichtung kann über die Führungswalzen geschehen. Die Umlenkrollen können vorteilhafterweise aber ebenfalls den Sägedraht antreiben oder dessen Antrieb zumindest vorteilhaft unterstützen.A drive of the Drahtsägevorrichtung can be done via the guide rollers. The pulleys can advantageously but also drive the saw wire or support its drive at least advantageous.

Auch das notwendige Spannen des Sägedrahtes im Drahtfeld kann über die Führungswalzen geschehen. Dazu kann beispielsweise eine Drehwinkeldifferenz zwischen mindestens zwei Führungswalzen den Sägedraht spannen. Über die Umlenkrollen kann vorteilhafterweise aber ebenfalls der Sägedraht gespannt oder das Spannen zumindest vorteilhaft unterstützt werden.Also, the necessary tensioning of the saw wire in the wire field can be done via the guide rollers. For this purpose, for example, a rotation angle difference between at least two guide rollers clamp the saw wire. About the pulleys can advantageously but also the saw wire stretched or clamping at least advantageously supported.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei bevorzugte Varianten der Erfindung 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.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the subclaims and the following description in which two preferred variants of the invention are described in detail with reference to the drawing. The features shown in the drawing and mentioned in the description and in the claims may each be essential to the invention individually or in any combination.

In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:

1 eine erfindungsgemäße Drahtsägevorrichtung in einer ersten Ausführungsform; und 1 a wire saw apparatus according to the invention in a first embodiment; and

2 eine erfindungsgemäße Drahtsägevorrichtung in einer zweiten Ausführungsform. 2 a wire saw apparatus according to the invention in a second embodiment.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Drahtsägevorrichtung 10 in einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung. Die Drahtsägevorrichtung 10 umfasst zwei Führungswalzen 12, die eine Vielzahl von zueinander parallelen Führungsnuten 14 aufweisen. In den Führungsnuten 14 ist ein Endlossägedraht 16, bevorzugt ein Diamantsägedraht, geführt. Der Endlossägedraht 16 ist durch sämtliche Führungsnuten 14 der Führungswalzen 12 nacheinander durchgeschleift, so dass sich ein Drahtfeld 18 aus einer Vielzahl von parallel zueinander geführten Sägedrahtteilen 16 ergibt.The 1 shows a wire saw device according to the invention 10 in a first embodiment in a perspective view. The wire saw device 10 includes two guide rollers 12 having a plurality of mutually parallel guide grooves 14 exhibit. In the guide grooves 14 is an endless wire 16 , preferably a diamond saw wire, guided. The Endlossägedraht 16 is through all the guide grooves 14 the guide rollers 12 looped through one after the other, leaving a wire field 18 from a multiplicity of saw wire parts guided parallel to one another 16 results.

Von einer ersten Führungsnut 14 einer ersten Führungswalze 12 ist der Endlossägedraht 16 über zwei Umlenkrollen 20 zu einer letzten Führungsnut 14 der zweiten Führungswalze 12 diagonal über das Drahtfeld 18 geführt. Die Umlenkrollen 20 weisen, wie die Führungswalzen 12, ebenfalls jeweils eine Führungsnut auf.From a first guide groove 14 a first guide roller 12 is the Endlossägedraht 16 over two pulleys 20 to a last guide groove 14 the second guide roller 12 diagonally across the wire field 18 guided. The pulleys 20 Show how the guide rollers 12 , also in each case a guide groove.

Die 1 zeigt die Drahtsägevorrichtung 10 während eines Sägevorgangs. Dabei bewegen sich die Führungswalzen 12 in Drehrichtung 22 und bewegen somit kontinuierlich das gesamte Drahtfeld 18 in Längserstreckung des Sägedrahtes 16 in eine vorgegebene Richtung. Die Bewegungsrichtung des Drahtfeldes 18 muss während des Sägevorgangs nicht verändert, beziehungsweise gewechselt, werden. Der Sägedraht 16 läuft in der Drahtsägevorrichtung 10 um. Ein zunächst oberhalb des Drahtfeldes 18 angeordneter, z. B. aus Silizium bestehender Materialblock 24, wird während der Bewegung des Drahtfeldes 18 auf das Drahtfeld 18 gedrückt. Die einzelnen Sägedrahtteile oder -abschnitte des Endlossägedrahtes 16 sägen den Materialblock 24 in einzelne Scheiben, die anschließend beispielsweise als Wafer für die Halbleiterindustrie verwendet werden können.The 1 shows the wire saw device 10 during a sawing process. The guide rollers move 12 in the direction of rotation 22 and thus continuously move the entire wire field 18 in longitudinal extension of the saw wire 16 in a given direction. The direction of movement of the wire field 18 does not have to be changed or changed during the sawing process. The saw wire 16 runs in the wire saw device 10 around. An initially above the wire field 18 arranged, z. B. silicon existing block of material 24 , becomes during the movement of the wire field 18 on the wire field 18 pressed. The individual saw wire parts or sections of Endlossägedrahtes 16 saw the block of material 24 into individual slices, which can then be used, for example, as wafers for the semiconductor industry.

Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Drahtsägevorrichtung 10 in einer zweiten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung. Wesentlicher Unterschied zur Drahtsägevorrichtung 10 von 1 ist die Anordnung der Umlenkrollen 20. Hierbei ist das Drahtfeld 18 frei zugänglich. Die Umlenkrollen 20 sind außerhalb des Drahtfeldes 18 angeordnet, so dass der Endlosdraht 16 neben dem Drahtfeld 18 geführt ist. In diesem Fall wird der Endlossägedraht 16 von der ersten Führungsnut 14 der ersten Führungswalze 12 über zwei Umlenkrollen 20 zur letzten Führungsnut 14 derselben Führungswalze 12 am Drahtfeld 18 im Wesentlichen tangential vorbeigeführt.The 2 shows the wire saw device according to the invention 10 in a second embodiment in a perspective view. Essential difference to the wire saw device 10 from 1 is the arrangement of the pulleys 20 , Here is the wire field 18 freely accessible. The pulleys 20 are outside the wire field 18 arranged so that the endless wire 16 next to the wire field 18 is guided. In this case, the Endlossägedraht 16 from the first guide groove 14 the first guide roller 12 over two pulleys 20 to the last guide groove 14 the same guide roller 12 on the wire field 18 passed substantially tangentially.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1955813 B1 [0004]

Claims

Wire saw device ( 10 ) for producing wafers, in particular for the semiconductor and photovoltaic industries, wherein the wire sawing apparatus ( 10 ) a wire field ( 18 ) of a longitudinally movable saw wire ( 16 ), wherein the movable sawing wire ( 16 ) spaced apart by at least two, with guide grooves ( 14 ) provided guide rollers ( 12 ) for forming the wire field ( 18 ), whereby the saw wire ( 16 ) is guided several times parallel to each other and the wire field ( 18 ), characterized in that the saw wire ( 16 ) is an endless wire.

Wire saw apparatus according to claim 1, characterized in that the saw wire ( 16 ) via at least one deflection roller ( 20 ) of a last guide groove ( 14 ) to a first guide groove ( 14 ) is returned.

Wire saw apparatus according to claim 2, characterized in that at least one deflection roller ( 20 ) saw wire ( 16 ) drives.

Wire saw device according to one of claims 2 to 3, characterized in that at least one deflection roller ( 20 ) saw wire ( 16 ) tense.

Wire saw device according to one of claims 2 to 4, characterized in that at least two deflection rollers ( 20 ) are provided and the saw wire ( 16 ) diagonally across the wire field ( 18 ) to lead.

Wire saw device according to one of claims 2 to 5, characterized in that at least two deflection rollers ( 20 ) saw wire ( 16 ) in an area outside the wire field ( 18 ) pass by.

Wire saw device according to one of the preceding claims, characterized in that the saw wire ( 16 ) continuously in one direction.

Wire saw device according to one of the preceding claims, characterized in that a rotational angle difference between at least two guide rollers ( 14 ) saw wire ( 16 ) tense.

Wire saw device according to one of the preceding claims, characterized in that the saw wire ( 16 ) via at least one deflection roller ( 20 ) from the one guide roller ( 12 ) to the other guide roller ( 12 ) to be led.

Wire saw device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the sawing wire ( 16 ) via at least one deflection roller ( 20 ) from the one guide roller ( 12 ) to the same guide roller ( 12 ) is returned.