Kantenverrυndung von Wafern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verrunden der Kanten von Wafern, wobei, vor der Erstellung der Wafer, einem Ingot, aus dem der Wafer gewonnen wird, ein Kantenprofil aufgeprägt wird. Des Weiteren wird der so gewonnene Wafer und der Ingot mit aufgeprägtem Kantenprofil beansprucht.

Die Kosten für die Erzeugung elektrischer Energie mit Hilfe der Photovoltaik (PV) sind nur für spezielle Anwendungen im Vergleich zu anderen Arten der Energieerzeugung konkurrenzfähig, das

Hauptentwicklungsziel der Industrie ist die Senkung der Kosten pro installierter KWpeak um mindestens einen Faktor 3. Deswegen sind Kosten treibende

Einzelscheibenprozesse nicht akzeptabel bzw. unerwünscht Die Herstellung von Ausgangsmaterial - Silizium Scheiben (ca. 90% Marktanteil in der PV)- und der eigentliche Herstellungsprozess sind entweder Batchprozesse oder continuous flow Prozesse. Ein solcher Einzelscheiben- Prozessschritt, die Kantenverrundung einzelner Siliziumscheiben in einer speziellen Kantenverrundungsanlage, wird bei Scheiben für die Mikroelektronik seit Mitte der 70er Jahre standardmäßig eingesetzt, da er zu einer deutliche Verringerung der

Verluste durch Scheibenbruch und Partikel von dem „bröckelnden" Rand- fuhrt. In der PV wurde eine Kantenverrundung auch hier zu geringeren Bruchraten und höheren Ausbeuten und/oder Wirkungsgraden fuhren. Als Emzelscheiben-Prozess ist das Kantenverrunden aber für die PV aber im Vergleich zu der Ersparnis zu teuer und wird deswegen nicht verwendet.

Bisher wurden die Randbereiche von Wafern nach dem Abtrennen vom Ingot behandelt. So wird beispielsweise in der DE 102 21 859 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein um den Wafer laufendes Band zur Profllbildung der Randbereiche verwendet wird. In dieser Schrift sind zudem weitere Verweise aufgelistet, auf die der geneigte Leser verwiesen wird. Der Stand der Technik beschreibt Verfahren, die ausschließlich auf den schon vom Ingot abgetrennten Wafer abzielen. Der Nachteil dieser Verfahren liegt darin, dass beim üblichen Trennprozess, hier im Allgemeinen das Sagen, Bruchstucke entstehen, welche die empfindlichen Oberflachen der Wafer verunreinigen können. Die Verunreinigungen, die durch einen solchen Partikelschauer entstehen können, müssen aufwandig entfernt werden. Dies heißt unter anderem, dass der Produktionsprozess angehalten werden muss und dann eine Reinigung erfolgt. In der PV sind diese Partikelschauer ein nachrangiges Problem, da die Energieausbeute dadurch nicht drastisch gesenkt wird. Für die PV entstehen durch die nicht behandelten Randbereiche eines Wafers Störungen im Material, welche die Energieausbeute um bis zu 7% reduzieren. Dies folgt aus den langjährigen Erfahrungen des Erfinders, der über vor allem muschelartige Ausbruche an den Randern gesagter Wafer berichtet. Eine Behandlung dieser Randbereiche

durch Verfahren aus dem Stand der Technik ist sehr kostenaufwandig und wird deshalb nicht durchgeführt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zum Verrunden von Wafern, insbesondere von Siliziumscheiben für die Photovoltaik, bereitzustellen, bei dem die aufgezeigten Nachteile vermieden werden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren zum Verrunden von Wafern, insbesondere von Siliziumscheiben für die Photovoltaik, dadurch gelost, dass dem Ingot ein Kantenprofil aufgeprägt wird. Damit wird vor dem Abtrennprozess zur Gewinnung des Wafers bereits das zukunftige Teilkantenprofil des Wafers festgelegt. Damit kann das momentan praktizierte Vorgehen der Kantenbearbeitung des Wafers -nach dem Abtrennen vom Ingot- umgangen werden. Als Wafer werden hier unterschiedlichste Arten von Halbleiter- und Keramikmaterialien verstanden. So kann ein solcher Wafer aus mono- oder polykristallmen Silizium bestehen. Auch andere Keramiken, die als Tragermaterial in Frage kommen sind von dem Begriff Wafer umfasst. Weiterhin ist ein Wafer der hier beschriebenen Art nicht auf die Verwendung m der Photovoltaik beschrankt, sondern auch die m der Halbleiterindustrie für andere Zwecke, wie Chip- und Bauteileherstellung verwendeten Wafer sind erfmdungsgemaß umfasst. Der Ingot kann jede beliebige Form aufweisen, wobei für monokristallmes Silizium die durch Ziehen aus einem einzigen Kristall gewonnene Form und für polykristallmes Silizium die quadratische Saulenform bevorzugt ist. Als Kantenprofil wird die Form auf dem Ingot bezeichnet, die durch den Aufpragvorgang auf dem Ingot entsteht.

In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens, wird das Kantenprofil entlang wenigstens einer Schnittkante des Ingots aufgeprägt. Wobei die Schnittkante den Ort auf dem Ingot umfasst, bei dem der Abtrennprozess zum Erhalt des Wafers erfolgt. Für den Abtrennprozess können verschiedene Abtrennmittel zum Abtrennen des Wafers verwendet werden, wobei die Abtrennmittel im Wesentlichen entlang des Kantenprofils gefuhrt werden. Als Abtrennmittel werden bevorzugter Weise Sagen oder auch Spaltmittel, wie sie in JP2003332273 oder DE3029828 oder auch DE1207636 beschrieben sind, verwendet. Auch Kombinationen von Spalt- und Sagevorgangen sind erfmdungsgemaß umfasst.

Durch die vor dem Abtrennen erfolgte Kantenprofllaufpragung und dem darauf folgenden Abtrennvorgang bildet sich erfmdungsgemaß ein im Wesentlichen vorbestimmtes Teilkantenprofil am Rand des Wafers aus. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform entspricht das Teilkantenprofil dem Kantenprofil. Dies ist der Fall, wenn der Abtrennvorgang des Wafers durch einen Spaltvorgang erfolgt. Wird der Abtrennvorgang mittels sagen durchgeführt, weicht das Teilkantenprofil im Wesentlichen um den anteiligen Beitrag der Sage vom Kantenprofil ab. Weiterhin wird in einer ganz besonderen Ausfuhrungsform das Kantenprofil schleifend oder spanend dem Ingot aufgeprägt, wobei auch Kombinationen erfmdungsgemaß umfasst sind. Spanende Vorgange werden beispielsweise in Chao et al . in Journal of Materials Processing Technology (Seiten 187-190) beschrieben.

Weiterhin kann das Aufprägen des Kantenprofils mittels Atzung erfolgen, wobei die bevorzugten At zflussigkeiten HF+HNO ₃ , KOH oder auch HF+HNO ₃ +Essigsaure sind.

Erfindungsgemaß sind Laserstrahlbehandlungen im UV und VIS-Bereich sowie Ionenstrahlbehandlungen umfasst.

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist das Aufpragwerkzeug als Schleif- oder Spanwerkzeug mit einer Form ausgestaltet, welche dem Kantenprofil als Negativ entspricht. Zudem wird bevorzugter Weise das Kantenprofil m einem Prozessschritt oder auch m mehreren nach einander erfolgenden Prozessschritten dem Ingot mittels Aufpragwerkzeug aufgeprägt. Auch ist das Aufprägen mehrerer Kantenprofile auf dem Ingot wahren eines Prozessschrittes mit umfasst.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausfuhrungsform wird das dem Ingot aufgeprägte Kantenprofil durch ein Polierwerkzeug poliert. Dies reduziert mögliche Partikelschauer und verringert Störungen in den Randbereichen des spateren Wafers. Em Polieren kann erfindungsgemaß auch am Wafer erfolgen.

Erfindungsgemaß sind insbesondere die Formen für das Kantenprofil umfasst, welche nach dem Abtrennvorgang des Wafers ein Teilkantenprofil am Wafer aufweisen, welches als Kreissegment oder Parabelsegment ausgebildet ist. Weiterhin sind die Kantenprofilformen umfasst, bei denen nach dem Abtrennvorgang des Wafers im Wesentlichen glatte übergänge zur Scheibenflache erhalten werden. Glatte übergänge zeichnen sich durch geringe Krümmungen entsprechend der zweiten mathematischen Ableitung aus. Aber auch übergänge die keine mathematische Beschreibung der Ableitung am übergang von Scheibenkante zu Scheibenflache erlauben, wie sie bei dreieckigen oder trapetzformigen Kantenprofllen entstehen, sind erfindungsgemaß mit umfasst.

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Figur 1: Darstellung verschiedener Ingots.

Figur 2: Darstellung der erflndungsgemaßen Arbeitsschritte am Ingot.

Figur 3: Beispiel einer Form für Kantenprofile zuzüglich Sage und abgetrennten Wafer.

Figur 4 : Beispiel einer Form für Kantenprofile zuzüglich Sage und abgetrennten Wafer.

Figur 5: Beispiel einer Form für Kantenprofile zuzüglich Sage und abgetrennten Wafer.

Figur 6: Beispiel einer Form für Kantenprofile zuzüglich Sage und abgetrennten Wafer.

Figur 7: Beispiel einer Form für Kantenprofile zuzuglich Sage und abgetrennten Wafer.

Exne bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt Figur

1 schematisch verwendete Ingots. Zum Einen einen gezogenen monokπstallinen Ingot 1, zum Anderen die typische Form eines polykristallmen Ingots 2.

In Figur 2 ist ein bearbeiteter monoknstallmer Ingot 1 dargestellt. Diesem wird in einem weiteren Prozessschritt

2 ein Kantenprofil 4 aufgeprägt. Bei dem mit dem aufgeprägten Kantenprofil ausgebildete Ingot 3, wird entlang des Kantenprofils 5 ein Wafer 7 abgetrennt 6. Dieser Wafer enthalt an seinen Kanten ein Teilprofil, welches nicht mehr zum Brechen neigt und verminderte Storstellen aufweist. Da die typischen Dicken der Wafer bei 150 Micrometer und die typischen Dicken der verwendeten Sagen zwischen 80 und 150 Micrometer liegen, sind die typischen Breiten und Tiefen der Kantenprofile ähnlich breit und tief, wobei die Kantenprofile regelmäßig breiter sind als die verwendeten Abtrennmittel. Insbesondere die Tiefe (m Pfeilrichtung) umfasst Werte zwischen 1 und 300 Micrometer, wobei m einer besonderen Ausfuhrungsform die Tiefe Werte zwischen 10 und 250 Micrometer aufweist und in einer ganz besonderen Ausfuhrungsform die Tiefe Werte zwischen 50 und 150 Micrometer aufweist.

Entsprechende Kanten- und Teilkantenprofile sind in den Figuren 3 bis 7 dargestellt. Dabei sind die Bezeichner für alle Figuren einheitlich gewählt. Die Bezeichner werden anhand Figur 3 eingeführt. In Figur 3 weist der Ingot 1 ein trapetzformiges Kantenprofil 2 auf. Dieses Kantenprofil 2 weist einen Bereich 3 auf, welcher das Abtrennwerkzeug - hier eine Sage A, aufweisend einen Sagezahnbereich 5, mit Sagezahnwirkung 6 vertikal zur

Betrachtungsebene, wobei sich die Sage in Pfeilrichtung 7 durch den Ingot 1 wirkt bzw. arbeitet - fuhrt. Nach dem die Sage einen Teil des Ingots (Wafer 8) abgetrennt hat, weist der Wafer 8 ein Teilkantenprofil 9 auf, welcher als Trapetzschenkel ausgebildet ist. Zusätzlich weist der Wafer 8 eine Schnittflache 10 auf. Somit enthalt der Wafer 8 ein definiertes Teilkanntenprofil 9.

In Figur 4 ist eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform für das Kantenprofil dargestellt. Das Kantenprofil 2 ist m Dreiecksform ausgebildet. Wie zuvor trennt die Sage 4 den Wafer 8 vom Ingot 1 im Schritt 7, welcher die Wirkrichtung der Sage 4 angibt, ab. Der Wafer 8 weist als Teilkantenprofil einen verkürzten Dreiecksschenkel 9 auf.

In Figur 5 ist eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform für das Kantenprofil dargestellt. Das Kantenprofil 2 ist teilweise m Teilkreisform 2 zuzüglich eines Schnittbereichs 3 ausgebildet. Wie zuvor trennt die Sage 4 den Wafer 8 vom Ingot 1 im Schritt 7, welcher die Wirkrichtung der Sage 4 angibt, ab. Der Wafer 8 weist als Teilkantenprofil eine Teilkreisform auf.

In Figur 6 ist eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform für das Kantenprofil dargestellt. Das Kantenprofil 2 ist in Trogform ausgebildet. Wie zuvor, trennt die Sage 4 den Wafer 8 vom Ingot 1 im Schritt 7, welcher die Wirkrichtung der Sage 4 angibt, ab. Der Wafer 8 weist als Teilkantenprofil die Trogform, um den durch die Sage 4 verminderten Teil (9), auf. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass m dieser bevorzugten Ausfuhrungsform kein glatter übergang des Teilkantenprofils 9 zur Schnittflache 10 vorliegt, jedoch diese Ausfuhrung erfmdungsgemaß umfasst ist.

Figur 7 ist analog zu Figur 6 zu betrachten. Einziger Unterschied ist, dass die Trogform 2 ausgeprägter ist. Auch in dieser Ausfuhrungsform liegt kein glatter übergang des Teilkantenprofils 9 zur Schnittflache 10 vor, jedoch ist diese Ausfuhrung ebenfalls erfmdungsgemaß umfasst .