DE102011075747A1 - Wire saw for use in manufacture of wafers in semiconductor and photovoltaic industries, includes a wire-break monitoring device which is comprised of two electromagnetically acting coils, for monitoring brakeage of saw wire - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Drahtsägevorrichtung zum Herstellen von Wafern für die Halbleiterindustrie nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The invention relates to a wire saw apparatus for producing wafers for the semiconductor industry according to the preamble of claim 1.
Eine solche Drahtsägevorrichtung ist per se bekannt. 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.Such a wire saw apparatus is known per se. As a wafer, in the semiconductor, photovoltaic and micromechanical industries, a circular or square slice about 0.2 mm to 1 mm thick, e.g. silicon, which constitutes a substrate (base plate) on which electronic components, in particular integrated circuits, micromechanical components or photoelectric coatings, are produced by various technical processes. 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 mit zueinander parallelen Schneidedrähten (ähnlich einem Eierschneider) bildet. Das so ausgebildete Drahtfeld erlaubt es, mehrere tausend Wafer gleichzeitig zu schneiden. Am Ende wird der Sägedraht wieder auf eine andere Spule aufgewickelt. Das Drahtfeld kann bekannterweise auch durch einen Endlossägedraht gebildet werden, der von der letzten Führungsnut automatisch wieder zur ersten Führungsnut zurückgeführt wird. Dadurch kann die Länge des Sägedrahts vorteilhafterweise verringert werden. Die Führungswalzen müssen dabei eine identische Drehzahl aufweisen, damit der Sägedraht nicht reißt. Ein Reißen des Sägedrahts kann auch durch Verschleiß hervorgerufen werden.The sawing function of the well-known Multiwire saw results from the fact that from a wire spool up to 100 km saw wire is deflected several thousand times over guide rollers and thus forms a wire field with mutually parallel cutting wires (similar to an egg cutter). The wire field formed in this way allows several thousand wafers to be cut simultaneously. At the end, the saw wire is rewound onto another spool. The wire field can also be known to be formed by a Endlossägedraht, which is automatically returned by the last guide groove back to the first guide. Thereby, the length of the saw wire can be advantageously reduced. The guide rollers must have an identical speed, so that the saw wire does not crack. Tearing of the saw wire can also be caused by wear.
Das Reißen des Sägedrahts führt in jedem Fall zu einer Beeinträchtigung des Sägevorgangs und muss deshalb so früh wie möglich erkannt werden, um den Schaden schnell reparieren zu können. Durch das Reißen des Sägedrahts können innerhalb kurzer Zeit viele der herzustellenden Wafer beschädigt werden, was zu hohen Ausschussraten bei der Herstellung der Wafer führt.The breaking of the saw wire will in any case affect the sawing process and must therefore be recognized as early as possible in order to repair the damage quickly. The breaking of the saw wire can damage many of the wafers to be produced in a short time, resulting in high scrap rates in the production of the wafers.
Die
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drahtsägevorrichtung mit einer Drahtbruchkontrolleinrichtung bereit zu stellen, die unmittelbar nach einem Reißen des Sägedrahts den Sägedrahtbruch erkennt und mit geringem Aufwand in der Drahtsägevorrichtung installiert werden kann.The invention is therefore an object of the invention to provide a wire saw device with a wire breakage control device that detects the saw wire break immediately after a breakage of the saw wire and can be installed with little effort in the wire saw.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Drahtsägevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Drahtbruchkontrolleinrichtung mindestens zwei elektromagnetisch wirkende Spulen aufweist.The object is achieved by means of a wire saw device of the type mentioned above in that the wire breakage control device has at least two electromagnetically acting coils.
Mindestens eine der elektromagnetisch wirkenden Spulen ist in der erfindungsgemäßen Drahtsägevorrichtung bevorzugt derart angeordnet, dass sie einen Abschnitt des Sägedrahtes außerhalb des Drahtfeldes berührungslos umschließt oder umgreift. Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, durch den Sägedraht einen elektrischen Wechselstrom fließen zu lassen, der von der einen Spule induziert wird und dessen Magnetfeld in der anderen Spule eine Spannung erzeugt. Bei einem Drahtbruch kann durch den Sägedraht kein Strom mehr fließen, so dass auch keine Induktionsspannung mehr detektierbar ist. Dies kann beispielsweise in einer Steuereinrichtung der Drahtsägevorrichtung erkannt werden, wobei zum Beispiel veranlasst werden kann, dass die Drahtsägevorrichtung sofort anhält. Optische und/oder akustische Warnanzeigen können den Drahtbruch einem Bedienpersonal der Drahtsägevorrichtung signalisieren, so dass in diesem Fall Sofortmaßnahmen zur Behebung des Drahtbruchs sowie zur Verhinderung von größeren Schäden und eingeleitet werden können. Selbst eine Veränderung des Sägedrahtes, z.B. Querschnittsänderungen durch Längung oder einen Einriss, ist durch den dadurch verringerten ohmschen Widerstand des Sägedrahts (und eine dadurch verringerte Stromstärke) erfassbar, so dass ein sich ankündigender Drahtbruch erkannt werden kann, bevor es zum Bruch kommt.At least one of the electromagnetically acting coils is preferably arranged in the wire saw apparatus according to the invention in such a way that it encloses or grips around a section of the saw wire outside the wire field without contact. The invention is based on the idea of allowing the saw wire to flow an alternating electrical current which is induced by one coil and whose magnetic field generates a voltage in the other coil. In a wire break can flow through the saw wire no more power, so that no induction voltage is more detectable. This can be detected, for example, in a control device of the wire saw device, wherein, for example, the wire saw device can be made to stop immediately. Visual and / or acoustic warning signals can signal the wire break to an operator of the wire saw device, so that in this case, immediate measures to correct the wire break and to prevent major damage and can be initiated. Even a change of the saw wire, e.g. Cross-sectional changes due to elongation or tearing can be detected by the reduced ohmic resistance of the saw wire (and thus a reduced current intensity), so that an initiating wire break can be detected before it breaks.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Drahtsägevorrichtung sind genau zwei elektromagnetisch wirkende Spulen im Bereich des Sägedrahts angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass in mindestens einer ersten Spule die Detektion der Induktionsspannung (wie oben beschrieben) durchgeführt wird. An mindestens einer zweiten Spule wird ein elektrischer Wechselstrom angelegt, der im Bereich der zweiten Spule ein Magnetfeld induziert. Das Magnetfeld wirkt im Bereich des Sägedrahts und induziert dadurch einen Wechselstrom im Sägedraht. Die zweite Spule dient also zum Einspeisen des Stroms in den Sägedraht.In a preferred embodiment of the wire saw device exactly two electromagnetically acting coils are arranged in the region of the saw wire. It is provided that in at least one first coil, the detection of the induction voltage (as described above) performed becomes. At least one second coil, an alternating electrical current is applied, which induces a magnetic field in the region of the second coil. The magnetic field acts in the area of the saw wire and thereby induces an alternating current in the saw wire. The second coil thus serves to feed the current in the saw wire.
Um den Stromfluss im Sägedraht zu gewährleisten, ist der Sägedraht ein Endlosdraht und läuft insbesondere kontinuierlich in einer Richtung um. Dabei ist der Sägedraht über mindestens eine Umlenkrolle von einer ersten Führungswalze zu einer zweiten Führungswalze geführt. Die elektromagnetisch wirkenden Spulen sind dabei in Laufrichtung des Sägedrahts bevorzugt direkt vor oder hinter der jeweiligen Umlenkspule angeordnet.To ensure the flow of current in the saw wire, the saw wire is an endless wire and in particular runs continuously in one direction. In this case, the saw wire is guided over at least one deflection roller from a first guide roller to a second guide roller. The electromagnetically acting coils are preferably arranged in front of or behind the respective deflection coil in the running direction of the saw wire.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist mindestens eine der elektromagnetisch wirkenden Spulen in unmittelbarer Nähe neben dem Sägedraht angeordnet. Auch dabei kann durch Induktion ein Strom im Sägedraht eingespeist beziehungsweise durch einen fließendem Wechselstrom im Sägedraht in mindestens einer der elektromagnetisch wirkenden Spulen eine Induktionsspannung erzeugt werden. Diese Alternative weist den Vorteil auf, dass bei einem Austausch des Sägedrahts ein Einfädeln des Sägedrahts in die Spulen entfällt.In an alternative embodiment, at least one of the electromagnetically acting coils is arranged in the immediate vicinity of the saw wire. Here, too, a current can be fed into the sawing wire by induction or an induction voltage can be generated by a flowing alternating current in the sawing wire in at least one of the electromagnetically acting coils. This alternative has the advantage that when replacing the saw wire threading of the saw wire is omitted in the coils.
Die elektromagnetisch wirkenden Spulen können jeweils auf einem Hartstoffträger, bevorzugt in eine Keramikhülse eingelassen oder auf eine Keramikhülse aufgewickel sein, wobei die beiden elektrischen Anschlüsse der Spulen von der Keramikhülse nach außen geführt sind.The electromagnetically acting coils can each be embedded on a hard material carrier, preferably in a ceramic sleeve or wound on a ceramic sleeve, wherein the two electrical terminals of the coils are guided by the ceramic sleeve to the outside.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung eine bevorzugte Variante der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. 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 a preferred variant of the invention is 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:
Die
Von der ersten Führungsnut
In der
Für den Sägevorgang werden z.B. aus Silizium bestehende durchzutrennende Materialblöcke
An einem von der Führungswalze
Die elektromagnetisch wirkenden Spulen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19728975 A1 [0006] DE 19728975 A1 [0006]
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CN105142867A (en) * | 2013-04-24 | 2015-12-09 | 梅耶博格公司 | Wire saw |
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- 2011-05-12 DE DE201110075747 patent/DE102011075747A1/en not_active Withdrawn
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