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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung, bzw. eine Zentriervorrichtung, bzw. eine Markiervorrichtung für das Zerteilen eines Kristalls in Bricks sowie ein Verfahren und eine Sägevorrichtung hierzu. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung von aus diesen Bricks hergestellten Wafern.
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Um Wafer, beispielsweise Siliziumwafer herstellen zu können, werden üblicherweise zuerst aus geschmolzenem Material große Blöcke bzw. Ingots in multi- oder monokristalliner Form gezüchtet. Multikristalline Blöcke, meist auch als Ingots bezeichnet, besitzen üblicherweise eine annähernd quaderförmige Geometrie. Sie weisen einen inneren Gutbereich von ausreichender Reinheit auf, aus dem Wafer für die Herstellung von Solarzellen gewonnen werden können. Der durch einen erhöhten Gehalt an Verunreinigungen gekennzeichnete Randbereich des großen Blockes ist dafür nicht geeignet. Der Block wird nun so zerteilt, dass meist 16 oder 25 oder 36 Säulen mit rechteckiger, insbesondere quadratischer Grundfläche (auch Bricks genannt) entstehen, die typischerweise bis auf einen Deckel- und Bodenbereich aus Material aus dem Gutbereich bestehen. Die vom Gutbereich abgetrennten Randbereiche (Schwarten) sind nicht für die Waferfertigung geeignet und werden meist einem Recyclingverfahren unterzogen. Nach einer Bearbeitung der Mantelflächen der Bricks werden die typischerweise nach Abtrennung von Deckel- und Bodenteilen erhaltenen Gutbereiche der Bricks zu dünnen Wafern zersägt. Dieser Sägevorgang wird üblicherweise mittels einer sogenannten Drahtfeld bzw. Multi-Wire-Säge durchgeführt. Eine solche Multi-Wire-Säge weist ein Drahtfeld aus parallel zueinander angeordneten Sägedrähten auf, mit denen der Gutbereich des Bricks bzw. Waferblocks in nebeneinander angeordneten Waferscheiben geschnitten wird. Die Bricks sind daher ein Zwischenprodukt in der Waferherstellung. Das Zersägen des aus einer Schmelze hergestellten großen Kristall-Blocks (auch Ingot genannt) zu Bricks wird meist in einer Zerteilanlage (meist Squarer oder Bricketer genannt) bzw. mit einer Bandsäge durchgeführt. Zum Beispiel ist in einem Squarer typischerweise ein Sägedrahtgitter gespannt, mit dem alle geplanten Trennschnitte synchron ausgeführt werden können. Innerhalb dieses Schrittes betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Zentrieren und Markieren eines Ingots und zum Positionieren des Ingots in der Zerteilanlage sowie die zugehörigen Verfahren.
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Die Materialeigenschaften eines Ingots verschlechtern sich aus systematischen Gründen in der Nähe seiner Mantelflächen gravierend durch die dort auftretende Berührung mit einem Tiegel, in dem der Ingot gezüchtet wird. Aus diesem Grund wird der Ingot mit einer etwas größeren Kantenlänge gezüchtet als es theoretisch nötig ist. Auf diese Weise werden beim Ausschneiden der Bricks aus dem Ingot an den Mantelflächen des Ingots etwa 20 mm dicke Schwarten erzeugt, die eine für die Waferherstellung unbrauchbare Qualität aufweisen und daher verworfen oder recycelt werden. Um eine gleichmäßig gute Materialqualität in den Bricks und damit später in den daraus hergestellten Wafern zu sichern, wird angestrebt, die Schnitte beim Herstellen der Bricks soweit als möglich symmetrisch zur Ingot-Geometrie auszuführen, wobei dann gleichmäßig dicke Schwarten entstehen, die auch jegliche Keiligkeit vermissen lassen. Dies führt dazu, dass alle beim Sägen entstehenden Bricks einen gleichmäßigen, ein bestimmtes Mindestmaß nicht unterschreitenden Abstand zur Ingotaußenfläche aufweisen sollen, d. h. es wird sichergestellt, dass ausschließlich gutes Kristallmaterial aus dem Gutbereich des Ingots weiterverarbeitet wird.
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Um die notwendige Symmetrie des Schnittes zu gewährleisten, muss der Ingot ausreichend genau zum gespannten Drahtgitter der Zerteilvorrichtung ausgerichtet werden. Bei dem Ausrichten spielt der Ingotträger eine große Rolle. Der Ingotträger ist ein zur Zerteilanordnung gehöriges Bauteil in Form einer Platte, auf die der zu zersägende Ingot außerhalb der Maschine aufgesetzt wird. Auf dieser Platte wird der Ingot dann in die Maschine eingesetzt. Der Ingotträger enthält üblicherweise eine Positioniervorrichtung, mit dem seine Position im Koordinatensystem der Maschine und damit auch seine Position zum Drahtfeld eingestellt wird.
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Je nach Typ der jeweils verwendeten Vorrichtung sind diese Ingotträger sobald sie eingesetzt sind entweder unverrückbar fest in der Maschine gelagert, oder sie sind mittels eines x-y-Verschiebesystems nach Einbau noch in der x-y-Ebene des Maschinenkoordinatensystems verfahrbar. Auf diese Weise wird, je nach Vorrichtungstyp, die exakte Positionierung des Ingots zum Drahtgitter entweder durch exakte Positionierung des Ingots auf dem Ingotträger außerhalb der Maschine oder durch eine exakte Positionierung des Ingots mit dem Ingoträger in der Maschine vorgenommen.
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Bisher geschieht das nach dem Stand der Technik mittels Augenmaß, wobei die visuell angepeilten Ingot-Kanten entweder außerhalb der Maschine symmetrisch zu den Kanten des Ingotträgers oder innerhalb der Maschine symmetrisch zum gespannten Drahtgitter ausgerichtet werden. Die erreichbare Genauigkeit beträgt dabei etwa 2 mm bis 3 mm. Limitiert wird sie zusätzlich durch die häufig relativ undefinierte, von der exakten Quaderform abweichende Ingotgeometrie. Letztere weicht lokal, vor allem im oberen Bereich prozessbedingt um einige mm von der idealen Quaderform des Ingots ab.
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Durch eine unzureichend genaue Positionierung des Ingots beispielsweise durch eine Lage, bei der sich das Zentrum des Ingots entweder nicht exakt mittig im Drahtfeld befindet und/oder bei der die Ingotkanten nicht parallel zur horizontalen Bewegungsrichtung der Sägedrähte des Drahtfeldes verlaufen, kann es vorkommen, dass die nach dem Sägen abgetrennten Randbereiche des Ingots unterschiedlich dick sind. An Stellen des Ingotmantels, an denen der abgetrennte Randbereich zu dünn geraten ist, ist an diesen Stellen ein Brick entstanden, der an seiner zum Randbereich hinzeigenden Seite zu stark verunreinigtes Randmaterial enthält, welches eigentlich hätte abgetrennt werden sollen. Die aus einem solchen Brick erhaltenen Wafer weisen einen Anteil der Waferfläche aus, die somit aus dem Randmaterial stammt. Dadurch können solche Wafer nach ihrer Weiterverarbeitung zu Solarzellen nicht den normalerweise zu erwartenden hohen Wirkungsgrad erreichen oder in anderen Eigenschaften Nachteile aufweisen.
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Die Erfindung hat daher zum Ziel, derartige durch mangelnde Ingotpositionierung in der Sägevorrichtung entstehende und damit mit Qualitätsmängeln behaftete Bricks bzw. Wafer zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung hat weiterhin zum Ziel eine Vorrichtung bereitzustellen, die es gestattet, durch ein einfaches mechanisches System die insbesonders vertikale Symmetrielinie von Ingotmantelflächen zu ermitteln und an den Mantelflächen zu markieren und so eine zentrische und symmetrische oder parallele Positionierung des Ingots in Bezug auf das Koordinatensystem der Zerteilmaschine bzw. ihr Drahtfeld oder ihr Sägeband zu ermöglichen.
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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 und den Figuren.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung und gegebenenfalls Markierung der vertikalen Symmetrielinie einer oder mehrerer Mantelflächen eines Materialblocks (Ingots) vor dessen Zerteilung in Bricks, umfassend eine Achse (Grundkörper), zwei auf der Achse verschiebbare Messschenkel mit jeweils einer Innenseite und einer Außenseite, wobei auf den jeweiligen Innenseiten der Messschenkel jeweils eine Tastfläche angeordnet ist und wobei die Messschenkel symmetrisch vom Mittelpunkt der Achse beabstandet sind. Vorzugsweise enthält eine solche Vorrichtung eine damit kommunizierende Beschriftungseinrichtung.
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Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zum Positionieren der vertikalen Symmetrielinie von Mantelflächen des Materialblocks (Ingot) im Koordinatensystem der Zerteilmaschine bzw. zum Positionieren der vertikalen Symmetrielinie von einer oder mehrerer Mantelflächen des Materialblocks im Koordinatensystem des Ingotträgers.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Markieren der vertikalen Symmetrielinie von Ingotmantelflächen und zum Positionieren der Symmetrielinien der Ingotmantelflächen im Koordinatensystem des Drahtfeldes der Zerteilmaschine bzw. im Koordinatensystem des Ingotträgers.
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Auf diese Weise wird ein verbesserter mittlerer Wirkungsgrad aller aus einem Ingot hergestellter Solarzellen sichergestellt.
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Die erfindungsgemäße Zentrier- bzw. Positioniervorrichtung weist ein längsförmiges Element auf, an dessen beiden sich gegenüberliegenden Enden zwei sich in die gleiche Richtung erstreckende Schenkel angeordnet sind. Diese Schenkel weisen an ihren inneren sich gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Andruckelement auf, welches beim Gebrauch jeweils zwei sich gegenüberliegende Ingotflächen berührt. Ein derartiges Andruckelement ist vorzugsweise elastisch gelagert oder aus einem elastischen Material gebildet, so dass dies beim Bewegen entlang unebener Oberflächen permanent auf diesen aufliegt. Dabei sind die Andruckelemente derart ausgebildet, dass sie auch bei geringem Anpressdruck bzw. Anpresskraft die mittlere Lage der jeweiligen Ingot-Oberfläche ermitteln, ohne dass kleine lokale Unebenheiten wie Löcher oder anhaftende Krümel die Messwerte verfälschen. Beide Andruckelemente sind mechanisch derart gekoppelt, dass sie nur symmetrisch ein- oder ausgefahren oder bewegt werden können. Auf diese Weise wird es ermöglicht, dass die ein- oder auseinanderfahrenden Messschenkel sowie die daran angeordneten Andruckelemente ein sich auf dem Verbindungselement befindliches Mess- bzw. Markierzentrum ortsfest zwischen den Andruckelementen zu liegen kommt, und zwar auch dann, wenn die Andruckelemente oder Andruckstempel mit symmetrischem Druck die jeweils gegenüberliegende Seiten eines Ingots berühren. Auf diese Weise ist es möglich automatisch die zwischen zwei sich gegenüberliegenden Ingotseiten liegende Symmetriefläche zu bestimmen, die sich zwischen den beiden von den Andruckelementen berührten Seitenflächen befindet. In einer bevorzugte Ausführungsform weist das die beiden Schenkel verbindende Element(Achse) eine Markierungsvorrichtung wie beispielsweise ein Laser oder ein Beschriftungselement auf, welches eine Durchstoßlinie der Symmetriefläche durch mindestens eine der beiden Mantelflächen des Ingots anzeichnet, die nicht von Andruckelementen berührt wird. Im Idealfall stellt die Durchstoßlinie der Symmetriefläche durch die mindestens eine Mantelfläche die vertikale Symmetrielinie der jeweils durchstoßenen Mantelfläche des Ingots dar.
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Die Symmetrielinie der mindestens einen benachbarten Ingotmantelfläche kann nun zusätzlich nach demselben Verfahren ermittelt und angezeichnet werden.
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Mittels der so ermittelten Symmetrielinien ist es möglich, den zu zersägenden Ingot z. B. – mittels einen in der Zerteil- bzw. Sägevorrichtung angeordneten Orientierung genau im Koordinatensystem der Säge bzw. auf dem Ingotträger zu positionieren und sicherzustellen, dass Seitenbereiche bzw. Schwarten an identischer Ingothöhenkoordinate in gleicher Dicke abgetrennt werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke der entfernten Schwarten mindestens 10 mm wobei mindestens 15 bzw. 20 mm besonders bevorzugt ist.
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Unter einem Materialblock im Sinne der Erfindung kann beispielsweise ein Körper mit rechteckigem oder quadratischem quadratischem Querschnitt verstanden werden. Des Weiteren kann der Materialblock eine Anklebefläche aufweisen, die mit einem Ingotträger in Kontakt kommt. Dabei kann der Materialblock beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe multikristalliner, amorpher oder einkristalliner Materialien. Typischerweise ist der Materialblock ein multikristalliner Ingot aus Solarsilizium.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Zentriersystem der vorliegenden Erfindung ein längsförmiges Verbindungselement, beispielsweise eine Querstange, mit zwei darauf verschiebbaren Messschenkeln. Die Messschenkel lassen sich beispielsweise durch ein Rechts- bzw. Linksgewinde auf dem Verbindungselement symmetrisch verstellen. Dadurch können die Messschenkel auf den jeweiligen Größenabstand eingestellt werden, der benötigt wird, um zwischen den Messschenkeln einen Körper, insbesondere einen Materialblock, einzubringen. Ebenfalls ist es beispielsweise möglich, die Messschenkel mittels Federkraft oder Sensoren einzustellen, so dass die Verstellung der Messschenkel nicht notwendigerweise durch ein Gewinde erfolgt. Vorteilhafterweise kann das Zentriersystem beispielsweise aus einem Metall wie Eisen, Aluminium, Magnesium, Titan oder auch als Faserverbundwerkstoffen bestehen. Das hat den Vorteil, dass das Zentriersystem ein reduziertes Gewicht aufweist und somit die Handhabung besser ist.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, das Zentriersystem mit einem Ingotträger zu verbinden. Der Ingotträger selbst wird beispielsweise aus einer oder mehreren Platten gebildet. Vorteilhafterweise werden kostengünstige Platten verwendet, da der Ingotträger nach dem Entfernen des Materialblocks üblicherweise verworfen wird. Beispielsweise kann der Materialblock zwischen den Messschenkeln fixiert werden und dabei auf einem Ingotträger aufgebracht werden, um ihn später auf diesem Ingotträger, beispielsweise mittels einer Sägemaschine, zu zerschneiden.
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Das Andruckelement weist eine Tast- bzw. Berührfläche auf, die auf der Ingotoberfläche aufliegt. Vorzugsweise umfasst die Tastfläche ein elastisches Material das z. B. Epoxidharze, Polyacrylate, Polyurethane, Kautschuk und/oder Silikone umfasst. Darüber hinaus kann die Tastfläche Füllstoffe umfassen. Auf diese Weise können die Materialeigenschaften der Tastfläche vorteilhafterweise eingestellt werden. Vorzugsweise weist die verwendete Tastfläche eine geringe elektrische Leitfähigkeit, einen niedrigen Wärmeleitkoeffizienten und eine hohe Homogenität auf.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung weist die Tastfläche von der an dem Messschenkel anliegenden Fläche der Tastfläche eine Kantenlänge bzw. einen Durchmesser von mindestens 20 mm insbesondere mindestens 30 mm auf, wobei eine Mindestlänge von 40 mm besonders bevorzugt ist. Üblicherweise ist die Tastfläche ausreichend groß ausgebildet, damit kleinere Unebenheiten die Messwerte nicht verfälschen. Als zweckmäßig hat sich dabei eine maximale Kantenlänge bzw. Durchmesser von 100 mm, insbesondere 80 mm, wobei maximal 60 mm, insbesondere maximal 50 mm bevorzugt sind. Typische Tastflächen sind insbesondere ebene Flächen oder auch Walzen oder Räder der genannten Durchmesser, insbesondere mehrere nebeneinander angeordnete Räder. Dadurch ist es möglich, dass die Tastfläche auf den topologischen Unebenheiten des Materialblocks formschlüssig aufliegt. Dadurch liegt vorteilhafterweise der auf der Achse befindliche Mittelpunkt des Abstandes zwischen den Messschenkeln in der Symmetrieebene des Materialblocks, da insbesondere die Unebenheiten auf der Oberfläche des Materialblocks ausgeglichen wurden. Dadurch kann eine vollständige Zentrierung, insbesondere Justierung, der Symmetrieebene des Materialblocks zwischen den Messschenkeln erfolgen. Vortellhaferweise kann dadurch bei dem Sägevorgang das verunreinigte Randmaterial der Mantelflächen symmetrisch zu den vertikalen Symmetrieebenen des Materialblocks abgeschnitten werden.
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Unter der vertikalen Symmetrieebene des Materialblocks im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Ebene im Materialblock zu verstehen, die senkrecht auf der Grundfläche des Materialblocks steht und in der die horizontal verlaufende Achse(Grundkörper) der Markiervorrichtung verläuft welche wiederum in paralleler Ausrichtung zu einer Kante verläuft, die durch das Zusammentreffen der Boden- mit einer Seitenfläche des Materialblocks gebildet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung, weist die Tastfläche zumindest einen starren Teilbereich und einen an dem starren Teilbereich angeordneten elastischen Teilbereich auf. Dabei kann der starre Teilbereich den Messschenkel und den elastischen Teilbereich kontaktieren, wobei der elastische Teilbereich nur den starren Teilbereich kontaktieren kann und an der gegenüberliegenden Seite freiliegen kann. Es ist möglich, dass der elastische und der starre Teilbereich eine Einheit bilden und beispielsweise mittels eines Befestigungsmittels miteinander verbunden sind, zum Beispiel mittels eines Klebstoffs. Dabei kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der elastische Teilbereich ein kleineres Elastizitätsmodul aufweisen als der starre Teilbereich. Vorteilhafterweise kann dadurch die Tastfläche mit dem starren Teilbereich an den Messschenkeln fixiert werden und der elastische Teilbereich kann eine andere Formgestaltung, insbesondere beim Fixieren des Materialblocks, aufweisen, um besser die Unebenheiten der Oberfläche des Materialblocks ausgleichen zu können. Des Weiteren kann die Tastfläche, insbesondere der elastische Teilbereich, aufgrund der entsprechenden Kompressionsfähigkeit so an dem Materialblock anliegen, dass die kontaktierte Oberfläche, insbesondere formschlüssig, abgedeckt sein kann. Es ist ebenfalls möglich, dass der elastische und der starre Teilbereich das gleiche Material umfassen und beispielsweise eine Einheit bilden.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung, weist die Tastfläche eine ebenförmige Fläche auf. Insbesondere kann die ebenförmige Tastfläche mit dem Materialblock kontaktierbar sein. Dadurch ist es möglich, dass die Tastfläche als eine ebene Fläche hergestellt werden kann, sodass auch ein Materialblock, der beispielsweise nur zwei ebenförmige Flächen aufweist, in der Zentriervorrichtung fixiert werden kann. Vorteilhafterweise kann dadurch eine gleichmäßige Kraftübertragung beim Fixieren des Materialblocks erfolgen, so dass idealerweise keine Risse, aufgrund von lokaler Krafteinwirkung, in dem Materialblock entstehen.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrier- bzw. Symmetriebestimmungsvorrichtung gestatten die Messschenkel eine Messlänge zwischen den Tastflächen von mindestens 160 mm insbesondere mindestens 500 mm auf, wobei Mindestlängen von 600 bzw. 800 mm bevorzugt sind. Zukünftig werden Messlängen von mindestens 1300 mm bevorzugt. Typische Maximalmesslängen betragen maximal 1400 mm bzw. 900 mm, wobei eine Maximalmesslänge von 750 mm besonders bevorzugt ist.
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Vorteilhafterweise wird die Achse(Grundkörper), die mit den Messchenkeln und den Tastflächen verbunden ist besser parallel zum Materialblock ausgerichtet, wenn spiegelbildlich zu dieser Achse eine zweite Achse gegenüberliegend angeordnet ist, die unterstützend wirkt.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung weist die Tastfläche eine Kontaktierungsfläche auf, wobei die Kontaktierungsfläche mindestens einen Flächenanteil von 0,2%, bevorzugt einen Flächenanteil von mindestens 0,5% und besonders bevorzugt einen Flächenanteil von mindestens 1% der in der gleichen Ebene liegenden Fläche des kontaktierten Materialblocks aufweist. Der typische maximale Flächenanteil beträgt 12%, bevorzugt 4% und besonders bevorzugt 2%. Unter einer in der gleichen Ebene liegenden Fläche kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise verstanden werden, dass es eine der vier Mantelflächen eines Quaders ist, die von der Tastfläche kontaktiert wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei diese Fläche Unebenheiten aufweisen, wie sie bei der Herstellung eines Siliziumkristalls auftreten können. Dadurch ist es möglich, dass die Unebenheiten, die sich auf dem Materialblock befinden, durch die Tastfläche ausgeglichen werden und es somit zu einer verbesserten Zentrierung der vertikalen Symmetrielinie der Mantelfläche kommt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Zentrier-, Markier- und Positionierverfahren zum Zerteilen von Kristallen in Bricks, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte des Bereitstellens eines Materialblocks, dem Bereitstellens einer Zentriervorrichtung umfasst, wobei die Zentriervorrichtung eine Achse(Grundkörper) und zwei auf der Achse verschiebbare Messschenkel mit jeweils einer Innenseite und einer Außenseite aufweist, wobei auf den jeweiligen Innenseiten der Messschenkel jeweils eine Tastfläche angeordnet ist und wobei die Messschenkel symmetrisch vom Mittelpunkt der Achse beabstandet sind. Des Weiteren umfasst das Verfahren den Verfahrensschritt der Lagefixierung der Achse(Grundkörper) gemeinsam mit der zentral zwischen den beiden Messchenkeln an der Achse befindlichen Markiervorrichtung zu dem Materialblock zwischen den jeweiligen Innenseiten der Messschenkel, wobei auf der Innenseite des Messschenkels eine Tastfläche angeordnet ist, die den Materialblock kontaktiert.
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Vorteilhafterweise wird nach der Lagefixierung der Zentriervorrichtung der elastische Teilbereich der Tastflächen den Materialblock kontaktieren, so dass es zu einer Zentrierung des Materialblocks zwischen den Tastflächen kommt. Eine Zentrierung im Sinne der Erfindung umfasst dabei eine Positionierung des Mittelpunkts der Achse in derjenigen Symmetrieebene des Materialblocks, die sich zwischen den Tastflächen befindet. Des Weiteren kann unter dem Verfahrensschritt des Zentrierens im Sinne der vorliegenden Erfindung ein symmetrisches Zusammenfahren der Messschenkel an den Materialblock verstanden werden, so dass die Tastflächen soweit komprimiert werden können, dass vorstehende Oberflächenunregelmäßigkeiten, insbesondere Oberflächenunebenheiten, des Materialblocks in die Tastflächen eingedrückt werden können. Insbesondere kann sich der Materialblock durch das Fixieren nicht aufgrund seiner Gewichtskraft zwischen den Messschenkeln bewegen.
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Es ist möglich, dass die Messschenkel symmetrisch vom Mittelpunkt der Achse voneinander beabstandet werden können, wobei der Materialblock so fixiert wird, dass der Mittelpunkt der Achse in der Symmetrieebene des Materialblocks liegt. Dadurch kann vorteilhafterweise am Mittelpunkt der Achse eine Markiervorrichtung angebracht werden, die die Durchstoßlinie der Symmetrieebene durch die der Markiervorrichtung gegenüber liegenden Mantelfläche des Ingots auf dieser zu markieren gestattet. Diese Markierung stellt damit die vertikale Symmetrielinie der markierten Mantelfläche dar.
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Die an einer oder mehreren Ingotmantelflächen markierte Durchstoßlinie der Symmetrieebene (vertikale Symmetrielinie) wird im weiteren benutzt, um den Ingot auf dem Ingotträger oder in der Sägemaschine zu positionieren. Eine symmetrische oder parallele Positionierung des Ingots in Bezug auf das Koordinatensystem der Zerteilmaschine bzw. ihr Drahtfeld oder ihr Sägeband ist damit sichergestellt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise ein Ingot derart in Bricks zerteilt werden, dass jeder Brick in seinem Gutbereich (ohne Deckel und Boden) nur Siliziummaterial ausreichender Reinheit enthält, um qualitativ hochwertige Wafer daraus herstellen zu können, die nach Weiterverarbeitung zu Solarzellen ihr geometrisches, lagebedingtes Wirkungsgradpotential maximal ausschöpfen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Symmetrieebene auf dem Materialblock dargestellt. Dabei umfasst Darstellen beispielsweise im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Aufzeichnen der Symmetrieebene auf den Materialblock oder das Anbringen von Markierungsmitteln oder das Gravieren auf den Materialblock. Dadurch kann vorteilhafterweise der Materialblock von der Markiervorrichtung losgelöst werden, um ihn in einem weiteren Schritt auf einer separaten Sägemaschine anzuordnen. Aufgrund der dargestellten Symmetrieebene kann der Materialblock entsprechend geteilt beziehungsweise zersägt werden, ohne dass es zu einem lagebedingten Nichterreichen des maximal möglichen Wirkungsgradpotentiales kommt.
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In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Positionierverfahrens wird in der Sägemaschine die Symmetrieebene des Materialblockes mittels einer Positioniervorrichtung solange verschoben, bis die Achsen des Koordinatensystems von Sägemaschine und Materialblock übereinstimmen. Eine Messvorrichtung, z. B. ein Lasersystem 12, zeigt an, wann diese Übereinstimmung der beiden Achsen des Koordinatensystems erreicht ist.
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In einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Positionierverfahrens kann der Materialblock außerhalb der Sägemaschine relativ zu den Achsen des Ingotträgers positioniert und fixiert werden. Eine Messvorrichtung, z. B. ein Lasersystem 12, zeigt an, wann diese Übereinstimmung der Achsen des Koordinatensystems von Ingotträger und Materialblock erreicht ist. Nachfolgend wird dieser Verbund aus Ingotträger und Materialblock in die Sägemaschine so eingebracht, dass die Achsen des Koordinatensystems der Sägemaschine mit denen des Materialblocks übereinstimmen. Die Messvorrichtung umfasst beispielsweise einen Lichtzeiger, der z. B. Teil eines Lasersystems 12 sein kann, oder einen mechanischen Zeiger oder Taster.
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Die Positionierung des Materialblocks in der Sägemaschine geschieht gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung solange, bis der genannte Zeiger mit der zumindest einen auf der Mantelfläche des Materialblocks aufgebrachten Markierung der vertikalen Symmetrielinie dieser Mantelfläche fluchtet.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung geschieht die Ausrichtung der zumindest einen auf einer Mantelfläche des Materialblocks angebrachten Markierung der vertikalen Symmetrielinie dieser Mantelfläche solange, bis der Zeiger einer Messvorrichtung, die mit dem Ingotträger verbunden ist, mit zumindest einer auf der Mantelfläche des Materialblocks aufgebrachten Markierung der vertikalen Symmetrielinie dieser Mantelfläche fluchtet. Vorteilhaft ist in der ersten Ausführungsform die Messvorrichtung unmittelbar an den Drahtführungsrollen der Sägemaschine befestigt.
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Ebenfalls möglich ist in diesem Fall die Montage der Messvorrichtung an einem beliebigen Fixpunkt der Sägemaschine.
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Ebenfalls möglich ist gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Montage der Messvorrichtung an dem Ingotträger.
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Das Koordinatensystem des Drahtfeldes kann beispielweise durch seine Position der Rillen der Drahtführungsrollen festgelegt sein. Dadurch kann der Materialblock so zerschnitten werden, dass das an den Mantelflächen des Materialblocks befindliche überschüssige Material mit gleicher Dicke derart abgeschnitten werden, dass die entstehenden Bricks kein für Solarzellen ungeeignetes, d. h. zu stark verunreinigtes Material enthalten.
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In einer Variante des Verfahrens kann der Materialblock, nachdem beispielsweise eine seiner beiden vertikalen Symmetrieebenen auf dem Materialblock mit dem Zeiger fluchtet horizontal um 90° gedreht werden und die Positionierung auch in dieser zweiten Symmetrieebene erfolgen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Sägevorrichtung zum Squaren von Ingots zu Bricks nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei das Verfahren die erfindungsgemäße Zentrier-, Markier- und Positioniervorrichtung umfasst. Dabei kann eine Sägevorrichtung, die für den Bricksägevorgang üblichen Bestandteile einer Sägevorrichtung umfassen. Das hat den Vorteil, dass die etablierten Verfahrensschritte nicht grundlegend geändert werden müssen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder mit einer erfindungsgemäßen Sägevorrichtung hergestellten Bricks zur Herstellung von elektronischen Bauteilen, Solarzellen, Halbleiterwafern oder als Quarzwafer.
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Es ist jedoch auch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder Vorrichtung für jedwede andere Wafer möglich.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
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1 einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung;
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2 einen schematischen Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zentriervorrichtung 1 mit einem quaderförmigen Materialblock 2, hier ein Siliziumblock, wobei die Zentriervorrichtung 1 eine Achse 3 mit ihrem Mittelpunkt 3' und an der Achse 3 zwei angeordnete Messschenkel 4 aufweist. Der Siliziumblock 2 ist zwischen den Messschenkeln 4 fixiert, wobei der Siliziumblock 2 entlang seiner Längsrichtung an den Außenflächen die Tastflächen 5 kontaktiert (in der schematischen Darstellung ist nur eine Seite zu erkennen). Die Tastflächen 5 weisen in dieser Ausführungsform einen elastischen Teilbereich 5b auf, der zylindrisch ausgebildet ist, und einen starren Teilbereich 5a auf, der stangenförmig ausgebildet ist. Der elastische Teilbereich 5b kontaktiert mit seiner Kontaktierungsfläche 7 den Siliziumblock 2. Ebenfalls ist in der 1 als gestrichelte Linie eine vertikale Symmetrieebene des Siliziumblocks 2 zu erkennen.
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Das an der Zentriervorrichtung angebrachte Markiersystem 10 dient dazu, entlang der vertikalen Symmetrieebene eine Markierung 9 anzubringen
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2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 8 und zwar die, bei der der mit einer Markierung 9 versehene und auf dem Ingotträger befindliche Ingot im Koordinatensystem der Sägevorrichtung positioniert wird. Es ist schematisch eine Drahtführungsrolle 11 der Sägevorrichtung gezeichnet, indessen Nähe sich ein Lasersystem 12 befindet, dass relativ zur in Benutzung befindlichen Rille der Drahtführungsrolle 11 justiert ist. Das Lasersystem 12 emittiert einen Laserstrahl 13. Der Ingot wird nun durch Justierbewegungen so positioniert, dass die mit Hilfe der Markiereinheit 10 aus 1 angebrachte Markierung mit dem Laserstrahl fluchtet. Somit wird die durch gestrichelte Linien dargestellte virtuelle Symmetrieebene der Sägevorrichtung in Übereinstimmung gebracht mit einer vertikalen Symmetrieebene des Ingots.