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Title:
CARRIER DEVICE AND METHOD FOR CUTTING A MATERIAL BLOCK FIXED TO THE CARRIER DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/004052
Kind Code:
A1
Abstract:
The carrier device (10) is used for fixing a material block (13) in a cutting device during cutting into wafers. The material block (13) is fixed on a surface (2) of the carrier device (10) so as to be secure against slippage. A plurality of elongated holes (4) are introduced into the carrier device (1, 10) at right angles to the cutting plane of the cutting device and distributed over the width (B) and said elongated holes form rinsing channels (15). As a result of the cutting device cutting into the elongated holes (4), rinsing openings (24) are formed.

Inventors:
MICHEL LARS (DE)
KAPPERTZ OLIVER (DE)
HERLITZE LOTHAR (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/058719
Publication Date:
January 12, 2012
Filing Date:
May 27, 2011
Export Citation:
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Assignee:
INTERPANE ENTW & BERATUNGSGES (DE)
MICHEL LARS (DE)
KAPPERTZ OLIVER (DE)
HERLITZE LOTHAR (DE)
International Classes:
B28D5/00
Foreign References:
EP2111960A12009-10-28
DE102004058194A12005-08-11
JPH09207126A1997-08-12
DE102008045990A12010-03-11
Attorney, Agent or Firm:
KÖRFER, Thomas (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Trägervorrichtung zur Befestigung eines Materialblocks (13) in einer Schneidevorrichtung beim Schneiden zu

Wafern, wobei der Materialblock (13) auf einer Oberfläche (2) der Trägervorrichtung verrutschsicher fixiert ist, dadurch gekennzeichnet,

dass Langlöcher (4) senkrecht zur Schneidebene der

Schneidevorrichtung und verteilt über die Breite (B) in die Trägervorrichtung (1, 10) eingebracht sind und

Spülkanäle (15) bilden.

2. Trägervorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass durch Einschneiden der Schneidevorrichtung in die Langlöcher (4) Spülöffnungen (24) ausgebildet sind.

3. Trägervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Trägervorrichtung (1,10) aus mindestens zwei

Trägerelementen (11, 12) besteht und jeweils mindestens eine Oberfläche (20) eines Trägerelements (11, 12) ein unebenes Profil aufweist. 4. Trägervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

dass das Profil eines Trägerelements (11, 12) aus einer Mehrzahl von Nuten (21) besteht, die in etwa senkrecht zur Schneideebene (S) des Materialblockes (13) ausgerichtet sind.

5. Trägervorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Trägerelemente (11,12) jeweils mindestens eine gegengleich profilierte Oberfläche (20) aufweisen, die mindestens zwei Trägerelemente (11,12) an den jeweils profilierten Oberflächen (20) miteinander verbunden sind und die Spülkanäle (15) ausbilden.

6. Trägervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

dass der Materialblock (13) an einem ersten Trägerelement (12) fixiert ist und das erste Trägerelement (12) aus einem amorphen Material besteht.

7. Trägervorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet,

dass das erste Trägerelement (12) aus Glas, insbesondere aus Kalk-Natron Glas, besteht.

8. Trägervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Profil des ersten Trägerelements (12) durch

Fräsen, Schleifen, Lasern und/oder Bohren eingebracht ist

9. Trägervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

dass ein zweites Trägerelement (11) mit der

Schneidevorrichtung verbunden ist.

10. Trägervorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass das zweite Trägerelement (11) aus einem

anorganischen, bevorzugt aus einem metallischen Material besteht .

11. Trägervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,

dass die mindesten zwei Trägerelemente (11, 12)

miteinander durch Kleben verbunden sind. 12. Verfahren zum Schneiden und Ablösen von Wafern aus einem Materialblock (13), wobei der Materialblock (13) auf einer Trägervorrichtung (1, 10), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, befestigt ist und in einer

Schneidevorrichtung geschnitten wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass

- die Schneidevorrichtung bis in Spülkanäle (15) der Trägervorrichtung (1, 10) einschneidet, und

Spülöffnungen (24) erzeugt und

- Spülmedium in die Spülkanäle (15) der

Trägervorrichtung (1, 10) eingebracht wird, das durch die Spülöffnungen (24) zu den Wafer geführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass

- die mindestens zwei Trägerelemente (11, 12) der

Trägervorrichtung an jeweils profilierten Oberflächen (20) miteinander verbunden sind und Spülkanäle (15) ausbilden und

- die Schneidevorrichtung bis in die profilierte

Oberfläche (20) eines ersten Trägerelements (12) einschneidet . 14. Verfahren nach Anspruch 13,

dadurch gekennzeichnet,

dass nach dem Schneiden das erste Trägerelement (12) von der Trägervorrichtung (10) gelöst wird und durch ein unbenutztes anderes Trägerelement ersetzt wird.

Description:
Trägervorrichtung und Verfahren zum Schneiden eines an der Trägervorrichtung befestigten Materialblocks Die Erfindung betrifft eine Trägervorrichtung zur

Befestigung eines Materialblocks in einer

Schneidevorrichtung beim Schneiden von Wafern sowie ein Verfahren zum Schneiden und Trennen von Wafern aus einem mit der Trägervorrichtung verbundenen Materialblocks.

Zur Herstellung insbesondere von Solarzellen werden sehr dünne Scheiben, sogenannte Wafer, aus einem Materialblock aus kristallinem Silizium geschnitten. Der Silizium- Materialblock wird als Silizium-Ingot bezeichnet und liegt meist in Quader- oder Zylinderform vor. Ein Silizium-Ingot wird durch Sägen insbesondere mittels einer Drahtsäge zu einzelnen Wafern zerteilt. Typische Draht- bzw.

Sägeblattdicken liegen bei 100 bis 300 μιη. Aus einem

Quader mit 125mm Seitenlänge entstehen somit ca. 175 bis 400 Wafer einer Stärke von 200 bis 400 μιη. Um ein Anhaften der einzelnen Wafer untereinander nach dem Sägeschritt zu verhindern, wird der gesägte Materialblock mit einem

Spülmedium gespült um das noch vorhandene Slurry aus dem Sägeschlitzen zu entfernen.

Die DE 10 2008 045 990 AI beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden von Wafern aus einem

Materialblock. Um die Wafer möglichst schadfrei schneiden und handhaben zu können, wird der Materialblock an einem Träger, beispielsweise an einer Glasplatte, angeklebt. Die Glasplatte ist wiederum mit einem metallenen

Maschinenträger verbunden. Dieser Verbund wird mit dem nach unten hängenden Materialblock in eine Sägevorrichtung eingeführt. Das Drahtfeld der Sägevorrichtung wird mit einem Sägeschlamm, auch Säge-Slurry genannt, beaufschlagt. Beim Schneiden bleiben ein Teil des Materialabtrags sowie ein Teil des Sägeschlamms an den Wafern haften. Dieser wird durch eine Spülvorrichtung ausgewaschen. Dazu wird Spülmedium durch eine Spritzdüse, die in einem oberen Bereich der Seitenfläche des Materialblocks aufgesetzt ist, in die Sägeschlitze eingespritzt. Das Spülmedium dringt in die Sägeschlitze zwischen den Wafern ein und fließt zusammen mit dem Abrieb und dem Sägeschlamm, etc. entlang der Wafer aus den Sägeschlitzen heraus.

Das in der DE 10 2008 045 990 AI beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung haben den Nachteil, dass der Sägeschlitz zwischen den Wafern nicht gleichmäßig von Spülmedium benetzt wird. Das Spülmedium verbleibt

hauptsächlich im Randbereich der Wafer. Nur wenig

Spülmedium dringt bis in den Zentralbereich der Wafer vor. Durch eine Erhöhung des Sprühdruckes kann ein tieferes Eindringen des Spülmediums in die Sägeschlitze erreicht werden. Dies ist aber mit einer höheren mechanischen

Belastung der Wafer selbst und insbesondere deren

Oberflächen verbunden und führt zu einem erhöhten

Ausschuss .

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Trägervorrichtung zur Befestigung eines Materialblocks beim Schneiden zu Wafer sowie ein Verfahren zum Schneiden von Wafern zu beschreiben, bei dem die Wafer vollständig und mit geringer mechanischer Belastung voneinander getrennt werden können. Die entsprechende Vorrichtung und das Verfahren sollen dabei möglichst kostengünstig und einfach herstell- bzw. durchführbar sein. Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße

Trägervorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie dem

erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend Anspruch 11 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Trägervorrichtung und des Verfahrens dargestellt.

Die erfindungsgemäße Trägervorrichtung zur Befestigung eines Materialblocks in einer Schneidevorrichtung beim Schneiden zu Wafern wird der Materialblock auf einer Oberfläche der Trägervorrichtung verrutschsicher fixiert, wobei eine Mehrzahl von Langlöchern senkrecht zur

Schneideebene der Schneidevorrichtung und verteilt über die Breite der Trägervorrichtung in die Trägervorrichtung eingebracht sind und Spülkanäle bilden.

Durch das Einschneiden der Schneidevorrichtung in die Langlöcher sind bevorzugt Spülöffnungen ausgebildet.

Durch diese Spülkanäle kann das Spülmedium über die

Spülöffnungen verteilt über die gesamte Breite der Wafer, in die Sägeschlitze eingebracht werden. Somit kann eine gleichmäßige Verteilung von Spülmedium über die gesamte Breite des Wafers sowie in alle Sägeschlitze des

Materialblocks sichergestellt werden. Das Spülmedium muss lediglich mit geringem Druck über die Spülöffnungen eingebracht werden und reduziert somit die mechanische Belastung der einzelnen Wafer und ihrer Oberflächen.

Besonders vorteilhaft ist eine Trägervorrichtung, die aus mindestens zwei Trägerelementen besteht und jeweils mindestens eine Oberfläche eines Trägerelements ein unebenes Profil aufweist. Vorteilhafterweise weist das Profil eines Trägerelements eine Mehrzahl von Nuten auf, die etwa senkrecht zur Schneidrichtung des Materialblocks ausgerichtet sind. Diese mindestens zwei Trägerelemente sind an den jeweils profilierten Oberflächen miteinander verbunden und bilden Spülkanäle aus.

Der Aufbau der Trägervorrichtung aus mindestens zwei Trägerelementen hat den Vorteil, dass die Trägerelemente nach dem Schneiden des Materialblocks zu Wafern wieder voneinander getrennt werden können und das oder die

Trägerelemente, die nicht eingesägt sind, für das

Schneiden eines weiteren Materialblocks verwendet werden können. Ein Großteil der Trägervorrichtung kann somit wiederverwendet und somit kann die Herstellungskosten der Wafer reduziert werden.

Vorteilhafterweise besteht das erste Trägerelement aus Glas, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas. Dieses wird als Flachglas gefertigt, wobei das Profil in einfacher weise durch Fräsen, Schleifen, Lasern und/oder Bohren

eingebracht ist. Das erste Trägerelement ist somit in großer Stückzahl kostengünstig herstellbar und jederzeit verfügbar. Dies erlaubt eine geringe Lagerhaltung und dementsprechend wenig Kosten.

Es ist ebenfalls vorteilhaft, dass die mindestens zwei Trägerelemente durch Kleben miteinander verbunden sind. Durch den Einsatz von entsprechenden Lösungsmitteln können nicht nur die Wafer vom ersten Trägerelement getrennt, sondern gleichzeitig die Trägerelemente voneinander gelöst werden . Die Aufgabe wird ebenfalls in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst. Dabei ist ein

Materialblock auf einer erfindungsgemäßen

Trägervorrichtung befestigt und wird in einer

Schneidevorrichtung geschnitten. Dabei schneidet die

Schneidevorrichtung bis in die Spülkanäle der

Trägervorrichtung ein und erzeugt dabei Spülöffnungen. Danach wird Spülmedium in die Spülkanäle der

Trägervorrichtung eingebracht, das durch die Spülöffnungen zu den Wafern geführt wird.

Dieses Verfahren erlaubt eine einfache Spülung der

Sägeschlitze zwischen den einzelnen Wafern über die gesamte Breite der Wafer hinweg. Da die Spülöffnungen durch das Einschneiden der Schneidevorrichtung in die Trägervorrichtung erzeugt werden, sind die Spülöffnungen jeweils genau in den Spalten zwischen den Wafern

platziert. Somit kann bei unterschiedlich dicken Wafern immer die gleiche Trägervorrichtung verwendet werden. Es wird somit lediglich eine Trägervorrichtung benötigt, die in einer großen Stückzahl günstig hergestellt bzw. in großer Stückzahl erworben werden. Da die Spülkanäle in ihrer Längsausdehnung vollständig von der Trägervorrichtung umschlossen und vor dem Schneiden keine Spülöffnungen vorhanden sind, können die Spülkanäle beim Befestigen des Materialblocks an der

Trägervorrichtung nicht, z.B. durch Klebemittel,

verunreinigt werden. Somit ist eine zuverlässige

Verteilung von Spülmittel über die gesamte Länge des Spülkanals sichergestellt.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen

Trägervorrichtung sowie des Verfahrens zum Schneiden und Ablösen von Wafern aus einem Materialblock sind in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und werden anhand der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Trägervorrichtung in perspektivischer Ansicht;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßes Trägervorrichtung verbunden mit einem Materialblock in perspektivischer Ansicht ;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen ersten Trägerelementes in perspektivischer

Ansicht und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die profilierte Oberfläche des in Fig. 3 gezeigten ersten Trägerelements.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine einteilige Trägervorrichtung 1 mit einer Mehrzahl von Langlöchern 4. Diese sind senkrecht zur Schneidebene S und verteilt über die Breite B der Trägervorrichtung in diese eingebracht und bilden Spülkanäle 15 aus. Auf eine erste Oberfläche 2 wird ein nicht dargestellter Materialblock fest aufgebracht, in den meisten Fällen aufgeklebt. Die zweite Oberfläche 3 der Trägervorrichtung 1 wird mit einer Maschinenhalterung verbunden, z. B. ebenfalls auf diese Maschinenhalterung aufgeklebt und in die Schneidevorrichtung eingespannt. Die Trägervorrichtung 1 kann je nach Material, aus dem sie hergestellt ist, auch direkt in die Schneidemaschine eingespannt werden. Ein oder mehrere Schneidedrähte werden an der der Oberfläche 2 gegenüberliegenden Oberfläche des Materialblocks angesetzt. Als Schneidhilfsmittel wird zum Beispiel Siliziumcarbit (SiC) hinzugefügt. Als Kühl- und Trennmittel wird z. B. Polyethylenglycol (PEG) oder Öl verwendet. Die z. B. ca. lOOym bis 300μηι dicken Sägedrähte bzw. Sägeblätter werden so durch den Materialblock in Richtung der Trägervorrichtung 1 bewegt.

Um sicherzustellen, dass der Materialblock komplett durchschnitten ist, schneidet man üblicherweise in die Trägervorrichtung 1 hinein. In der vorliegenden Erfindung wird dieses Einschneiden in die Trägervorrichtung 1 ausgenutzt, um Spülöffnungen in die Langlöcher 4 bzw.

Spülkanäle 15 einzubringen. Nach dem Schneiden wird der gesägte Materialblock mit einem Spülmedium gespült, um den vorhandenen Schleifstaub und die sonstigen Hilfsmittel aus den Sägeschlitzen zu entfernen und die Wafer voneinander zu trennen. Dazu werden röhrenförmige Spülfinger in die Langlöcher 4 eingebracht, die ein Spülmedium über die gesamte Länge der Langlöcher 4 hinweg abgeben. Das

Spülmedium wird durch die entstandenen Spülöffnungen in die Sägeschlitze zwischen den Wafern weitergegeben bzw. unter Druck eingesprüht und spült den Sägeschlitz sowie die Oberfläche der Wafer frei. Fig. 2 zeigt eine zweiteilige Trägervorrichtung 10, an der ein Materialblock 13 befestigt ist. Der Materialblock 13 wird mit einem Klebemittel, das in eine Klebefuge 16 eingebracht ist, mit einem ersten Trägerelement 12

verklebt. Bei runden Materialblöcken wird zumindest eine Seite abgesägt, so dass eine flache Oberfläche entsteht, die mit dem ersten Trägerelement 12 verbunden wird. Ein zweites Trägerelement 11, das beispielsweise aus

rostfreiem Stahl besteht, wird ebenfalls mit dem ersten Trägerelement, z. B. durch Klebemittel wie Zwei- Komponentenkleber, das in eine weitere Klebenut 16 zwischen dem ersten und zweiten Trägerelement eingebracht ist, bewegungsfrei verbunden.

Wie im Fall der einteiligen Trägervorrichtung 1, sind auch in der zweiteiligen Trägervorrichtung 10 Langlöcher 4, die als Spülkanäle 15 dienen, senkrecht zur Schneiderichtung S in der Trägervorrichtung 10 ausgebildet. Dazu ist in jeweils einer Oberfläche der beiden Trägerelemente 11, 12 ein Profil ausgeformt. Dieses Profil besteht aus einer Mehrzahl von Nuten, die in etwa senkrecht zur

Schneideebene S des Materialblocks 13 ausgerichtet sind. Die Nuten sind mit gleichem oder auch unterschiedlichem Abstand voneinander über die Breite B der beiden

Trägerelemente 11, 12 verteilt. Die zwei Trägerelemente 11, 12 weisen ein jeweils gegengleich ausgeformtes Profil auf und sind an diesen profilierten Oberfläche miteinander verbunden . Bevorzugterweise besteht das erste Trägerelement 12 aus

Glas, insbesondere aus Kalk-Natron-Glas, mit einer Stärke 18 zwischen 7 mm und 15 mm, in besonders bevorzugter Weise von 12 mm. Das zweite Trägerelement 11 ist

bevorzugterweise aus einem metallischen Material, z. B. rostfreiem Stahl oder Messing gefertigt und weist eine

Stärke 17 von z. B. 10 bis 25 mm, bevorzugt von 12 bis 20 mm auf. Die Weite 19 eines Spülkanals 15 beträgt

vorzugsweise 10 bis 15 mm, insbesondere 12 mm. Beim Schneiden der Wafer wird der Sägedraht bzw. das

Schneidblatt nicht nur durch den Materialblock 13

hindurchgeführt, sondern schneidet in das erste

Trägerelement ein, so dass die entstandenen Sägeschlitze 14 bis an die profilierte Oberfläche 20 des ersten

Trägerelements 12 hineinreichen. Wie bei der einteiligen Trägervorrichtung 1 werden Spülfinger in die Spülkanäle 15 eingeführt, die Spülmedium abgeben. Das Spülmedium wird über die entstandenen Spülöffnungen in die entstandenen Sägeschlitze 14 zwischen den Wafern abgegeben. Die Wafer werden nach dem Schneiden von der Trägervorrichtung 10 abgelöst. Ebenso werden das erste und das zweite

Trägerelement voneinander getrennt. Das erste

Trägerelement 12 wird der Entsorgung zugeführt, das zweite Trägerelement 11 wird wiederverwendet. Zum Schneiden eines weiteren Materialblocks wird lediglich ein neues erstes Trägerelement 12 mit dem zweiten Trägerelement 11

verbunden .

Fig. 3 zeigt ein erstes Trägerelement 12. Es weist eine nicht-profilierte Oberfläche 23 auf, die mit dem

Materialblock, nicht dargestellt, verbunden wird. Dieser nicht-profilierten Oberfläche 23 liegt eine profilierte Oberfläche 20 gegenüber, in die Nuten 21 senkrecht zur Sägeebene S eingebracht sind. Diese Nuten werden

üblicherweise durch Fräsen bzw. in einem Oberflächen- Schleifprozess eingebracht. Die in Fig. 3 dargestellten Nuten haben eine runde Nutkontur 22. Andere Konturformen 22, z. B. eckig, sind ebenfalls möglich und können an das verwendete Spülsystem, insbesondere an die Form der verwendeten Spülfinger angepasst werden.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das in Fig. 3 abgebildete erste Trägerelement in Blickrichtung des Pfeils A. Die profilierte Oberfläche 20 weist in den Nuten 21

schlitzförmige Spülöffnungen 24 auf, deren Weite längs der Nut der Dicke des Sägedrahtes bzw. des Schneidblattes entspricht. Die Breite einer Spülöffnung 24 wird durch die Einschnitt-Tiefe und die Kontur der Nut bestimmt. Durch eine runde Nutkontur und unterschiedliche Einschnitt-Tiefe kann die Breite der Spülöffnung variiert werden, bei einer viereckigen Nutkontur bleibt die Breite der Spülöffnung bei jeder Einschnitt-Tiefe konstant. Durch eine

entsprechende Wahl der Nutkontur können somit

unterschiedliche Spülöffnungsbreiten eingestellt werden.

Alle beschriebenen und/oder bezeichneten Merkmale können im Rahmen der Erfindung vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Die Erfindung ist nicht auf die

Ausführungsbeispiele beschränkt.