EP4323167A1 - Verfahren zur fixierung eines materialblocks zur mechanischen bearbeitung - Google Patents

Verfahren zur fixierung eines materialblocks zur mechanischen bearbeitung

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Publication number
EP4323167A1
EP4323167A1 EP22719942.9A EP22719942A EP4323167A1 EP 4323167 A1 EP4323167 A1 EP 4323167A1 EP 22719942 A EP22719942 A EP 22719942A EP 4323167 A1 EP4323167 A1 EP 4323167A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece carrier
adhesive
block
lost
workpiece
Prior art date
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Pending
Application number
EP22719942.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Schwabe
Ringo KÖPGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4323167A1 publication Critical patent/EP4323167A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0082—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for supporting, holding, feeding, conveying or discharging work

Definitions

  • the present invention relates to a method for fixing a block of material to a
  • Processing device for mechanical processing of the block of material, in particular on a wire saw for cutting the block of material into individual wafers, in which the block of material is glued to a lost workpiece carrier and the workpiece carrier is connected to the processing device.
  • the invention also relates to a lost workpiece carrier that is designed to carry out the method. For the manufacture of some products need
  • Blocks of material are machined to produce workpieces that can then be further processed if necessary.
  • silicon blocks are cut into individual discs using so-called multi-wire saws in order to produce wafers for the
  • Typical dimensions of such wafers are 156 mm x 156 mm x 180 mpi.
  • the starting point is prefabricated silicon blocks with typical dimensions of 156 mm x 156 mm x 400 mm. For the sawing process, these blocks of material must be suitably fixed to the multi-wire saw.
  • the blocks of material are processed with the help of a carrier, the so-called lost workpiece carrier, also known as a beam, is attached to the workpiece holder of the saw.
  • the block of material is glued to the lost workpiece carrier, which in turn is glued to the workpiece holder or otherwise attached to it
  • Workpiece holder is attached.
  • the workpiece holder is detachably connected to the wire saw and can be detached from the saw again after the sawing process has been completed.
  • the block of material is cut into the individual wafers with a multi-wire saw, with the lost workpiece carrier being sawn in like a comb. It can therefore only be used once and is lost.
  • Such a procedure for producing wafers for photovoltaic cells is described, for example, in DE 102011 018 523 A1.
  • the sawing processes when sawing wafers for the microelectronics industry also run in a similar way.
  • the object of the present invention is to reduce the proportionate unit costs in the mechanical processing of a block of material that has to be fixed to the processing device with the aid of a lost workpiece carrier, and to increase the throughput.
  • Claim 11 specifies a lost workpiece carrier that is designed to carry out the method.
  • Advantageous configurations of the method and the workpiece carrier are the subject matter of the dependent patent claims or can be found in the following description and the exemplary embodiment.
  • the lost workpiece carrier which is provided with an already pre-applied layer of an adhesive that can only be activated at any time by external influence, i.e. is adhesive, on at least one surface, is provided, and the block of material then glued to the lost workpiece carrier by activating the adhesive.
  • the workpiece carrier is connected to the processing device in a known manner, as will be explained in more detail later. This connection of the workpiece carrier to the processing device can already take place before the block of material is glued to the lost workpiece carrier, but is preferably only carried out after the gluing.
  • the pre-applied adhesive used in the proposed method is inactive before it is activated, so it is not suitable for producing the adhesive connection without additional external influence.
  • the adhesive can be activated several times, first when it is applied to the lost workpiece carrier and then later when the adhesive connection is made to the block of material.
  • the adhesive is preferably already applied as a layer to the workpiece carrier by the manufacturer of the permanent workpiece carrier during or after the production of the permanent workpiece carrier.
  • the lost workpiece carrier can then be stored with the applied adhesive layer for a long time, e.g. over several
  • the adhesive should be sufficiently strong or correspondingly highly viscous for this purpose.
  • the adhesive can be applied to the permanent workpiece carrier in different ways, for example by spraying or rolling. In the case of a workpiece carrier which is produced, for example, by means of extrusion, the adhesive layer can be applied during extrusion.
  • the inventors of the proposed method have here recognized that to save costs and increase the throughput in the mechanical processing of a block of material using a lost
  • the bonding method can be suitably improved.
  • a pre-applied adhesive which only or only through additional external becomes adhesive and can also be applied as a layer during production of the lost workpiece carrier, there is no longer any need for time-consuming mixing of the adhesive and no longer the need for machine-supported application to the lost workpiece carrier within a fixed time window. It is therefore possible to dispense with the cost-intensive industrial robots and also with storing the adhesive at the location of the processing device.
  • the lost workpiece carriers can be delivered ready for use with the adhesive layer applied, can be stored accordingly and can also be cut to size with the adhesive layer applied to it. The fixation of the blocks of material on the lost workpiece carrier and thus on the
  • Machining equipment can then be carried out in a considerably shorter time. This shortens the process time and increases the processing throughput. This also lowers unit costs, for example in the manufacture of semiconductor wafers in the microelectronics industry.
  • the proposed technology is compatible with the previous sawing process and is therefore suitable for both new and existing production lines.
  • the adhesive used in the method is preferably an adhesive which can be activated by thermal influences, in particular what is known as a hot-melt adhesive or hot-melt adhesive.
  • Other activatable adhesives can also be used, which can be activated, for example, by pressure or infrared radiation.
  • An adhesive is preferably used whose Adhesive strength is reduced by immersion in surrounding media (e.g. water, acids, alkalis) and/or heat and/or application of an electrical potential, which means that the resulting workpiece or workpieces can easily be separated from the lost workpiece carrier after processing.
  • the material block can, for example, first be heated and then placed on the workpiece carrier with the adhesive layer.
  • the adhesive is activated by the heated block of material and bonding takes place.
  • the two parts to be connected do not necessarily have to be additionally pressed against one another for the bonding.
  • the pressure exerted by the dead weight of the block of material is sufficient.
  • the lost workpiece carrier can consist, for example, of glass, ceramic, graphite or plastic, preferably of a composite material, for example a plastic with filler particles.
  • this lost workpiece carrier to be glued to the material block is adapted to the corresponding surface (to be glued) of the material block.
  • the block of material is cuboid, the surface to be bonded is Workpiece carrier therefore correspondingly plan.
  • the material blocks are often cylindrical.
  • the surface of the workpiece carrier to be glued is therefore curved accordingly in this case.
  • the material block can consist of silicon, germanium, sapphire, quartz, glass, ceramics, silicon carbide or silicon nitride, for example. Of course, this is not an exhaustive list.
  • the lost workpiece carrier can be connected to the workpiece holder of the processing device in various ways.
  • One possibility is to glue this workpiece carrier to the workpiece holder.
  • the workpiece carrier then has a corresponding layer of adhesive on two opposite surfaces that can only be activated by an external influence.
  • the lost workpiece carrier is then glued to the workpiece carrier on the opposite side in the same way as with the material block.
  • Another possibility is to clamp the lost workpiece carrier in the workpiece holder if the workpiece holder has a corresponding clamping mechanism. Other mechanical connection mechanisms are also possible.
  • the proposed method can be used in all applications in which a lost workpiece carrier is required to fix a block of material to be machined on a machining device must be damaged during production. Examples are primarily machining techniques such as sawing, cut-off grinding or milling. In the preferred application, however, the proposed method is used in multi-wire saws for cutting the
  • Blocks of material inserted into a variety of wafers The main area of application is therefore wafer production in the photovoltaic and microelectronics industry.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of the composite material when sawing wafers in a multi-wire saw
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the layer structure of a lost workpiece carrier according to the present invention before connection to the block of material and the workpiece holder. Ways to carry out the invention
  • FIG. 1 shows a schematic side view of this process.
  • the block of material 1 to be sawn can be seen in the partial illustration on the left, which is connected to a workpiece holder 3 of the multi-wire saw via a lost workpiece carrier 2 .
  • Saw wires 4 can be seen in the lower part of this partial figure. They extend into the cutting plane shown and are moved back and forth in this direction when sawing. At the same time, the workpiece holder 3 with the material block 1 attached thereto is moved in the feed direction 5 . The workpiece holder 3 is positively clamped in the sawing machine. After the end of the saw run, the block of material 1 is divided into the individual wafers 6, as is shown in the right part of the illustration in FIG. The lost workpiece carrier 2 was sawn in like a comb by this sawing process, as can also be seen in the figure. In the present example, the lost workpiece carrier 2 is connected to the material block 1 and the workpiece holder 3 via adhesive layers 7 .
  • these adhesive layers whose adhesive strength has been reduced by external media such as water, acid, alkalis or heat, are dissolved in order to detach the lost workpiece carrier 2 from the wafers 6 and the workpiece holder 3 .
  • the lost workpiece carrier 2 is already pre-applied Adhesive layers 8 are provided, as indicated schematically in FIG.
  • the lost workpiece carrier 2 consists in this example of a composite material (polymers and inorganic non-metal).
  • An activatable adhesive is applied as a pre-applied adhesive layer, which is only activated using suitable methods (external influence) to produce a bond.
  • a water-soluble, thermally activatable adhesive is applied to both surfaces of the lost workpiece carrier 2 (beam).
  • connection can be released after sawing in a heated water bath without leaving any residue.
  • the adhesive layer can be applied by the beam manufacturer during or after beam production. In this way, several production steps, including the machine technology required for this, are saved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fixierung eines Materialblocks (1) an einer Bearbeitungseinrichtung zur mechanischen Bearbeitung des Materialblocks (1), insbesondere an einer Drahtsäge zum Schneiden des Materialblocks (1) in einzelne Wafer. Bei dem Verfahren wird der Materialblock (1) an einen verlorenen Werkstückträger (2) geklebt und der Werkstückträger (2) mit der Bearbeitungseinrichtung verbunden. Hierzu wird der verlorene Werkstückträger (2) mit einer bereits vorapplizierten Schicht (8) eines nur durch äußere Einwirkung aktivierbaren Klebstoffs an wenigstens einer Oberfläche bereitgestellt. Der Materialblock (1) wird dann durch entsprechende Aktivierung des Klebstoffs an den Werkstückträger (2) geklebt. Dadurch entfallen aufwändige Schritte zum Anmischen und Aufbringen eines Zweikomponenten-Klebstoffs vor der Durchführung der Bearbeitung ebenso wie die dafür bisher eingesetzten Industrieroboter. Mit dem Verfahren werden daher bei der Bearbeitung, insbesondere bei der Herstellung von Wafern, Zeit und Kosten eingespart.

Description

Verfahren zur Fixierung eines Materialblocks zur mechanischen Bearbeitung
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fixierung eines Materialblocks an einer
Bearbeitungseinrichtung zur mechanischen Bearbeitung des Materialblocks, insbesondere an einer Drahtsäge zum Schneiden des Materialblocks in einzelne Wafer, bei dem der Materialblock an einen verlorenen Werkstückträger geklebt und der Werkstückträger mit der Bearbeitungs einrichtung verbunden wird. Die Erfindung betrifft auch einen verlorenen Werkstückträger, der für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist. Für die Herstellung einiger Produkte müssen
Materialblöcke spanend bearbeitet werden, um daraus Werkstücke zu fertigen, die dann gegebenenfalls weiter verarbeitet werden. So werden beispielsweise Siliziumblöcke mittels sogenannter Multidrahtsägen in einzelne Scheiben zersägt, um Wafer für die
Solarzellenfertigung zu erhalten. Typische Abmessungen derartiger Wafer sind 156 mm x 156 mm x 180 mpi. Ausgangspunkt sind vorgefertigte Siliziumblöcke mit typischen Abmessungen von 156 mm x 156 mm x 400 mm. Für den Sägeprozess müssen diese Materialblöcke geeignet an der Multidrahtsäge fixiert werden.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Wafern für die Photo- voltaik werden die Materialblöcke unter Zuhilfenahme eines Trägers, dem sogenannten verlorenen Werkstück träger, auch als Beam bezeichnet, am Werkstückhalter der Säge befestigt. Der Materialblock wird hierzu an den verlorenen Werkstückträger geklebt, der wiederum an den Werkstückhalter geklebt oder in anderer Weise am
Werkstückhalter befestigt wird. Der Werkstückhalter ist lösbar mit der Drahtsäge verbunden und kann nach Durchführung des Sägeprozesses wieder von der Säge gelöst werden. Der Materialblock wir bei dem Säge- prozess mit einer Multidrahtsäge in die einzelnen Wafer zerteilt, wobei der verlorene Werkstückträger kammartig eingesägt wird. Er kann daher nur einmal verwendet werden und ist damit verloren. Eine derartige Vorgehensweise zur Herstellung von Wafern für Photovoltaikzellen ist beispielsweise in der DE 102011 018 523 Al beschrieben. In ähnlicher Weise laufen auch die Sägeprozesse beim Sägen von Wafern für die Mikro elektronik-Industrie ab. Die Verklebung des Materialblocks mit dem verlorenen Werkstückträger erfolgt bisher mit 2K- Klebstoffen (Zweikomponenten-Klebstoff), die jeweils unmittelbar vor dem Klebeprozess angemischt werden müssen. Für das Anmischen und Aufbringen des Klebstoffes werden meist spezielle Industrieroboter eingesetzt, die allerdings eine hohe Capex- und Opexbelastung darstellen. Weiterhin stehen aufgrund der Verarbeitbarkeit (Topf- und Aushärtezeit) nur bestimmte Zeitfenster zur Verfügung, die eine Flexibilisierung des Fertigungsablaufes erschweren. Eine Erhöhung des
Durchsatzes wird durch Vergrößerung der Anzahl parallel arbeitender Anlagen realisiert. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die anteiligen Stückkosten bei der mechanischen Bearbeitung eines Materialblocks, der mit Hilfe eines verlorenen Werkstückträgers an der Bearbeitungs- einrichtung fixiert werden muss, zu verringern und den Durchsatz zu erhöhen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch 11 gibt einen verlorenen Werkstückträger an, der für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Werkstückträgers sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Fixierung eines Materialblocks an einer Bearbeitungseinrichtung mit Hilfe eines verlorenen Werkstückträgers wird der verlorene Werkstückträger, der mit einer bereits vorapplizierten Schicht eines nur durch äußere Einwirkung jederzeit aktivierbaren, also klebefähigen, Klebstoffs an wenigstens einer Oberfläche versehen ist, bereitgestellt und der Materialblock durch Aktivierung des Klebstoffs dann an den verlorenen Werkstückträger geklebt. Der Werkstückträger wird in bekannter Weise mit der Bearbeitungseinrichtung verbunden, wie dies später noch näher ausgeführt wird. Diese Verbindung des Werkstückträgers mit der Bearbeitungseinrichtung kann bereits vor dem Verkleben des Materialblocks mit dem verlorenen Werkstückträger erfolgen, wird jedoch vorzugsweise erst nach dem Verkleben durchgeführt. Der beim vorgeschlagenen Verfahren eingesetzte, vorapplizierte Klebstoff ist vor seiner Aktivierung inaktiv, eignet sich also ohne zusätzliche äußere Einwirkung nicht zur Herstellung der Klebeverbindung. Der Klebstoff ist insbesondere mehrmals aktivierbar, zunächst beim Aufbringen auf den verlorenen Werkstück träger und später dann bei der Herstellung der Klebeverbindung mit dem Materialblock. Der Klebstoff wird vorzugsweise bereits beim Hersteller des verlorenen Werkstückträgers während oder nach der Fertigung des verlorenen Werkstückträgers als Schicht auf den Werkstückträger aufgebracht. Der verlorene Werkstückträger kann dann mit der aufgebrachten KlebstoffSchicht längere Zeit, bspw. über mehrere
Wochen oder Monate, gelagert werden. Er ist während dieser Zeit dauerhaft und sofort für den bestimmungs gemäßen Gebrauch einsatzfähig. Der Klebstoff sollte hierfür ausreichend fest oder entsprechend hochviskos sein. Der Klebstoff kann auf unterschiedliche Arten auf den verlorenen Werkstückträger aufgebracht werden, beispielsweise durch Sprühen oder Walzen. Bei einem Werkstückträger, der beispielsweise mittels Extrusion hergestellt wird, kann die KlebstoffSchicht während der Extrusion aufgebracht werden.
Die Erfinder des vorgeschlagenen Verfahrens haben hierbei erkannt, dass zur Kostenersparnis und Erhöhung des Durchsatzes bei der mechanischen Bearbeitung eines Materialblocks unter Nutzung eines verlorenen
Werkstückträgers die Klebemethode geeignet verbessert werden kann. Durch die Nutzung eines vorapplizierten Klebstoffes, der erst bzw. nur durch zusätzliche äußere Einwirkung klebefähig wird und auch bereits bei der Herstellung der verlorenen Werkstückträger als Schicht appliziert werden kann, ist kein aufwändiges Anmischen des Klebstoffes und keine üblicherweise maschinell unterstützte Applikation auf den verlorenen Werkstück träger innerhalb fester Zeitfenster mehr erforderlich. Es kann daher auf die kostenintensiven Industrieroboter und auch auf eine Bevorratung des Klebstoffes am Ort der Bearbeitungseinrichtung verzichtet werden. Die verlorenen Werkstückträger können mit der aufgebrachten KlebstoffSchicht gebrauchsfertig angeliefert werden, sind entsprechend lagerfähig und können auch beliebig mit der darauf applizierten KlebstoffSchicht zugeschnitten werden. Die Fixierung der Materialblöcke an dem verlorenen Werkstückträger und damit an der
Bearbeitungseinrichtung lässt sich dann in erheblich kürzerer Zeit durchführen. Damit wird die Prozesszeit verkürzt und der Durchsatz bei der Bearbeitung erhöht. Dies senkt die Stückkosten beispielsweise auch bei der Herstellung von Halbleiterwafern in der Mikro elektronikindustrie. Die vorgeschlagene Technik ist kompatibel zum bisherigen Sägeprozess und damit sowohl für neue als auch bestehende Produktionslinien geeignet.
Der bei dem Verfahren eingesetzte, nur durch äußere Einwirkung aktivierbare Klebstoff ist bevorzugt ein durch thermische Einwirkung aktivierbarer Klebstoff, insbesondere ein sogenannter Schmelzkleber oder Heißklebstoff. Es lassen sich auch andere aktivierbare Klebstoffe einsetzen, die beispielsweise durch Druck oder Infrarot-Bestrahlung aktivierbar sind. Vorzugsweise wird ein Klebstoff eingesetzt, dessen Klebkraft durch Eintauchen in umgebende Medien (z.B. Wasser, Säuren, Laugen) und/oder Wärme und/oder Anlegen eines elektrischen Potentials herabgesetzt wird, wodurch nach dem Bearbeiten das oder die resultierenden Werkstücke wieder leicht von dem verlorenen Werkstück träger getrennt werden können. Für die Aktivierung eines durch thermische Einwirkung aktivierbaren Klebstoffs kann der Materialblock beispielsweise zunächst erhitzt und dann auf den Werkstückträger mit der KlebstoffSchicht aufgesetzt werden. Der Klebstoff wird dabei durch den erhitzten Materialblock aktiviert und die Verklebung erfolgt. Es besteht auch die Möglichkeit, den Materialblock ohne vorangehende Erhitzung auf den Werkstückträger aufzusetzen und beide dann in dieser Form in einen Ofen einzubringen oder durch einen Ofen zu transportieren, in dem die KlebstoffSchicht durch die erhöhte Temperatur im Ofen aktiviert wird, so dass die Verklebung erfolgt. In beiden Fällen müssen die beiden zu verbindenden Teile für die Verklebung nicht notwendigerweise zusätzlich gegeneinander gepresst werden. Der durch das Eigengewicht des Materialblocks ausgeübte Druck ist ausreichend . Der verlorene Werkstückträger kann beispielsweise aus Glas, Keramik, Graphit oder Kunststoff bestehen, vorzugsweise aus einem Verbundmaterial, bspw. einem Kunststoff mit Füllpartikeln. Die mit dem Materialblock zu verklebende Oberfläche dieses verlorenen Werkstück- trägers ist in ihrer Form an die korrespondierende (zu verklebende) Oberfläche des Materialblocks angepasst. Beim Sägen von Wafern für Solarzellen ist der Material block quaderförmig, die zu verklebende Oberfläche des Werkstückträgers daher entsprechend plan. Beim Sägen von Wafern für die Mikroelektronik sind die Material blöcke häufig zylinderförmig ausgebildet. Die zu verklebende Oberfläche des Werkstückträgers ist daher in diesem Fall entsprechend gekrümmt. In der bevorzugten Ausgestaltung zum Sägen von Wafern kann der Materialblock beispielsweise aus Silizium, Germanium, Saphir, Quarz, Glas, Keramik, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid bestehen. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung.
Der verlorene Werkstückträger kann in unter schiedlicher Weise mit dem Werkstückhalter der Bearbeitungseinrichtung verbunden werden. Eine Möglichkeit besteht darin, diesen Werkstückträger an den Werkstückhalter zu kleben. Hierzu weist der Werkstückträger dann auf zwei sich gegenüber liegenden Oberflächen eine entsprechende erst durch äußere Einwirkung aktivierbare KlebstoffSchicht auf. Der verlorene Werkstückträger wird dann in gleicher Weise wie mit dem Materialblock auf der gegenüber liegenden Seite mit dem Werkstückträger verklebt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den verlorenen Werkstück träger in den Werkstückhalter einzuspannen, falls der Werkstückhalter einen entsprechenden Einspannmecha nismus aufweist. Auch andere mechanische Verbindungs mechanismen sind möglich.
Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich prinzipiell bei allen Anwendungen einsetzen, bei denen zur Fixierung eines zu bearbeitenden Materialblocks an einer Bearbeitungseinrichtung ein verlorener Werkstück träger erforderlich ist, der bei der Bearbeitung fertigungsbedingt beschädigt werden muss. Beispiele sind vor allem spanende Bearbeitungstechniken wie Sägen, Trennschleifen oder Fräsen. In der bevorzugten Anwendung wird das vorgeschlagene Verfahren jedoch für den Einsatz in Multidrahtsägen zum Trennen des
Materialblocks in eine Vielzahl von Wafern eingesetzt. Das Hauptanwendungsgebiet stellt daher die Waferherstellung in der Photovoltaik- und Mikroelektronik-Industrie dar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Material verbundes beim Sägen von Wafern in einer Multidrahtsäge; und Fig. 2 eine schematische Darstellung des Schicht- aufbaus eines verlorenen Werkstückträgers gemäß der vorliegenden Erfindung vor der Verbindung mit dem Materialblock und dem Werkstückhalter. Wege zur Ausführung der Erfindung
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beim Multidrahtsägen eines Materialblocks in einzelne Wafer erläutert. Eine derartige Multidrahtsäge wird beispielsweise zum Sägen von Siliziumblöcken für die Herstellung von Solarzellen eingesetzt. Dabei wird in der Säge ein Feld aus parallel verlaufenden Drähten aufgespannt, das in bekannter Weise den Siliziumblock in Wafer trennt. Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht dieses Vorganges. In der linken Teilabbildung ist der zu sägende Materialblock 1 zu erkennen, der über einen verlorenen Werkstückträger 2 mit einem Werkstückhalter 3 der Multidrahtsäge verbunden ist. Die einzelnen
Sägedrähte 4 sind im unteren Teil dieser Teilabbildung zu erkennen. Sie erstrecken sich in die dargestellte Schnittebene hinein und werden beim Sägen in dieser Richtung hin und her bewegt. Gleichzeitig wird der Werkstückhalter 3 mit dem daran befestigten Material block 1 in Vorschubrichtung 5 bewegt. Der Werkstück halter 3 klemmt formschlüssig in der Sägemaschine. Nach Beendigung des Sägelaufes ist der Materialblock 1 in die einzelnen Wafer 6 zerteilt, wie dies in der rechten Teilabbildung der Figur 1 dargestellt ist. Der verlorene Werkstückträger 2 wurde durch diesen Sägeprozess kammartig eingesägt, wie dies ebenfalls in der Figur zu erkennen ist. In dem vorliegenden Beispiel ist der verlorene Werkstückträger 2 über Klebstoff- schichten 7 mit dem Materialblock 1 und dem Werkstück halter 3 verbunden. Nach Durchführung des Sägeprozesses werden diese Klebstoffschichten, deren Klebkraft beispielsweise durch äußere Medien wie Wasser, Säure, Laugen oder Wärme verringert wurde, gelöst, um den verlorenen Werkstückträger 2 von den Wafern 6 und dem Werkstückhalter 3 zu lösen.
Beim vorgeschlagenen Verfahren erfolgt diese Verklebung des verlorenen Werkstückträgers 2 mit dem Werkstückhalter 3 und dem Materialblock 1 in anderer Weise als bei der Waferfertigung gemäß jetzigem Stand der Technik. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der verlorene Werkstückträger 2 bereits mit vorapplizierten Klebstoffschichten 8 bereitgestellt, wie dies in Figur 2 schematisch angedeutet ist. Der verlorene Werkstück träger 2 besteht in diesem Beispiel aus einem Verbundwerkstoff (Polymere und anorganisches Nichtmetall) . Als vorapplizierte KlebstoffSchicht ist ein aktivierbarer Klebstoff aufgebracht, der nur mittels geeigneter Methoden (äußere Einwirkung) zur Herstellung einer Klebung aktiviert wird. Im vorliegenden Beispiel ist ein wasserlöslicher, thermisch aktivierbarer Klebstoff auf beide Oberflächen des verlorenen Werkstückträgers 2 (Beam) aufgebracht. Der Anwender aktiviert den Klebstoff mit einer Wärmequelle, die Lösung der Verbindung kann nach dem Sägen rückstandsfrei in einem beheizten Wasserbad erfolgen. Die KlebstoffSchicht kann bereits während oder nach der Beam-Fertigung durch den Hersteller des Beams aufgebracht werden. Auf diese Weise werden mehrere Fertigungsschritte einschließlich der hierfür erforderlichen Maschinentechnik eingespart.
Bezugszeichenliste
1 Materialblock 2 verlorener Werkstückträger bzw. Beam
3 Werkstückhalter
4 Sägedrähte
5 Vorschubrichtung
6 Wafer 7 Klebstoffschichten
8 aktivierbare KlebstoffSchicht

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fixierung eines Materialblocks (1) an einer Bearbeitungseinrichtung zur mechanischen Bearbeitung des Materialblocks (1), bei dem der Materialblock (1) an einen verlorenen Werkstückträger (2) geklebt und der Werkstück träger (2) mit der Bearbeitungseinrichtung verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der verlorene Werkstückträger (2) mit einer vorapplizierten Schicht (8) eines nur durch äußere Einwirkung aktivierbaren Klebstoffs an wenigstens einer Oberfläche bereitgestellt und der Materialblock (1) durch Aktivierung des Klebstoffs an den Werkstückträger (2) geklebt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als aktivierbarer Klebstoff ein durch thermische Einwirkung und/oder durch Ausübung von
Druck aktivierbarer Klebstoff eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierbare Klebstoff so gewählt wird, dass sich der verlorene Werkstückträger (2) mit der vorapplizierten Schicht (8) des aktivierbaren Klebstoffs vor einem Einsatz über einen Zeitraum von mehreren Wochen oder Monaten lagern lässt, ohne seine aktivierbare Klebefunktion zu verlieren.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als aktivierbarer Klebstoff ein
Schmelzklebstoff eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der verlorene Werkstückträger (2) mit der vorapplizierten Schicht (8) des aktivierbaren Klebstoffs mehrere Wochen gelagert wird oder werden kann, bevor der Materialblock (1) durch Aktivierung des Klebstoffs an den Werkstückträger (2) geklebt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verlorene Werkstückträger (2) in einen Werkstückhalter (3) der Bearbeitungseinrichtung eingespannt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verlorene Werkstückträger (2) mit der vorapplizierten Schicht (8) des aktivierbaren Klebstoffs an zwei gegenüberliegenden Oberflächen bereitgestellt und der Werkstückträger (2) durch Aktivierung des Klebstoffs in den Werkstückhalter (3) der Bearbeitungseinrichtung eingeklebt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Fixierung eines Materialblocks (1) an einer Drahtsäge zum Schneiden des Materialblocks (1) in einzelne Wafer oder kleine Materialblock teilstücke.
9. Verfahren nach Anspruch 8 zur Fixierung eines
Materialblocks (1) aus Silizium, Germanium, Saphir, Quarz, Glas, Keramik, Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der verlorene Werkstückträger (2) aus einem Verbundwerkstoff bereitgestellt wird.
11. Werkstückträger, der als verlorener Werkstück träger zur Fixierung eines Materialblocks (1) an einer Drahtsäge zum Schneiden des Materialblocks (1) in einzelne Wafer geeignet ist und an wenigstens einer Oberfläche eine vorapplizierte Schicht (8) eines nur durch äußere Einwirkung aktivierbaren Klebstoffs aufweist.
12. Werkstückträger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierbare Klebstoff ein durch thermische Einwirkung und/oder durch Ausübung von Druck aktivierbarer Klebstoff ist.
13. Werkstückträger nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierbare Klebstoff ein Schmelzklebstoff ist.
14. Werkstückträger nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger die vorapplizierte Schicht (8) des erst durch äußere Einwirkung aktivierbaren Klebstoffs an zwei gegenüber liegenden Oberflächen aufweist.
EP22719942.9A 2021-04-15 2022-04-08 Verfahren zur fixierung eines materialblocks zur mechanischen bearbeitung Pending EP4323167A1 (de)

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