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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern aus einem Waferblock und einen Blockhalter zum Halten des Waferblocks.
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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 nebeneinander 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 Sagedraht 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. Aus der Druckschrift
US 2008 0 022 234 A1 sind Graphit, Glas, oder ein Kunststoff als geeignete Materialien für den Blockhalter bekannt. Darüber hinaus kann, als geeignetes Material für den Blockhalter, auch eine Glaskeramik verwendet werden.
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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.
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In der Druckschrift
JP 11-262 852 A wird eine Sägevorrichtung zum Zersägen von Wafern aus Waferblöcken beschrieben, wobei sich Detektoren an Sägeleistenhaltern befinden, welche durch Distanzmessungen das Ende des Sägeprozesses ermitteln und diesen dann automatisch stoppen. Es ist jedoch nicht bekannt, nach welchem Funktionsprinzip die dort verwendeten Detektoren arbeiten. Des Weiteren ist der Sägeleistenhalter nicht direkt mit dem Waferblock verbunden, sondern es befindet sich ein Blockhalter zwischen Sägeleistenhalter und Waferblock. Es gibt jedoch keinen Hinweis darauf ob eine vollständige Durchtrennung des Waferblocks ausgeführt werden kann, wenn sich z. B. die Durchbiegung des Drahtfeldes erhöht.
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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 zwischen dem als Säge- oder Haltetisch verwendeten Maschinenträger und dem zu zersägenden Waferblock angeordnet ist und dass der Blockhalter 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 Signaltrager 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 zusätzliches optisches oder akustisches Signal das Ende des Sagevorgangs 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 Sagevorrichtung 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.