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DE102007028439A1 - Separating flat-parallel silicon wafers from cuboid crystalline or polycrystalline silicon ingot using wire saw for photo-voltaic applications, comprises moving wire around rolls, and attaching the ingot to reception of the wire saw - Google Patents

Separating flat-parallel silicon wafers from cuboid crystalline or polycrystalline silicon ingot using wire saw for photo-voltaic applications, comprises moving wire around rolls, and attaching the ingot to reception of the wire saw Download PDF

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DE102007028439A1
DE102007028439A1 DE200710028439 DE102007028439A DE102007028439A1 DE 102007028439 A1 DE102007028439 A1 DE 102007028439A1 DE 200710028439 DE200710028439 DE 200710028439 DE 102007028439 A DE102007028439 A DE 102007028439A DE 102007028439 A1 DE102007028439 A1 DE 102007028439A1
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German (de)
Inventor
Helmut Scharf
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Schott AG
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Abstract

The method for separating flat-parallel silicon wafers from a cuboid crystalline or polycrystalline silicon ingot (1) using a wire saw for photo-voltaic applications, comprises moving a self-moving wire around rolls provided with grooves for forming a wire group (3), attaching the ingot to a reception (5, 6) of the wire saw, adjusting an angle of inclination of the plane lateral surfaces relative to a plane stretched by the wire sections, and separating the wafers by relative motion of the ingot and the wire groups. The ingot is connected with the reception over an intermediate plate (4). The method for separating flat-parallel silicon wafers from a cuboid crystalline or polycrystalline silicon ingot (1) using a wire saw for photo-voltaic applications, comprises moving a self-moving wire around rolls provided with grooves for forming a wire group (3), attaching the ingot to a reception (5, 6) of the wire saw, adjusting an angle of inclination of the plane lateral surfaces relative to a plane stretched by the wire sections, and separating the wafers by relative motion of the ingot and the wire groups. The ingot is connected with the reception over a wedge-shaped intermediate plate (4) such as an adhesive connection or an adhesive joint, and has uniform surface area. An acute angle (alpha ) is enclosed between plane lateral surfaces of the ingot turned to the wire groups and the plane stretched by the wire sections for beginning the separation. For beginning the separation, the sections of the moving wire touch the edge of the plane lateral surfaces in a series of point manner. The point-contacting takes place under formation of an angle given by the acute angle and the mechanical pre-stressing of the sections, where the angle is enclosed between the plane stretched by the wire sections and the lateral surfaces of the ingot. A tilting of the plane lateral surfaces to the plane stretched by the wire sections is maximum 1 mm on 200-800 mm breadth of the plane lateral surfaces. The reception is aligned parallel to the plane stretched by the wire sections. The angle of inclination and/or the acute angle are given by a wedge angle of the intermediate plate. An inclination mechanism is arranged to the reception. The reception is inclined by the adjustment of the inclination mechanism relative to the plane stretched by the wire sections. The ingot has another uniform surface area, which lies opposite to the plane lateral surfaces, is aligned parallel to the lateral surfaces and is connected over the flat-parallel intermediate plate with the reception. An angle of inclination of the plane lateral surface of the ingot and/or the front surface of the intermediate plate is determined relative to the plane stretched by the wire sections and is adjusted on the basis of the regulation. The reception is tilted by adjusting the inclination mechanism after the beginning of separation of the wafer in such a way that a front surface of the intermediate plate turned to the ingot is parallel to the plane for ending the separation process. The inclination device is adjusted so that wire sections stretching the plane of the group of wires are merged over the entire width of the ingot.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Abtrennen einer Mehrzahl von dünnen Halbleiterscheiben von einem Halbleitermaterial-Rohblock mit Hilfe einer Multiwire-Säge und betrifft insbesondere ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Mehrzahl von Halbleiterscheiben von einem quaderförmigen Halbleitermaterial-Rohblock mit geringen Maßabweichungen und reduzierter Oberflächenbeschädigung, insbesondere an den Kanten der Halbleiterscheiben.The The present invention relates generally to a method of separation a plurality of thin semiconductor wafers of one Semiconductor raw material block using a multiwire saw and more particularly relates to a simultaneous separation method a plurality of semiconductor wafers of a cuboid Semiconductor raw material block with small deviations and reduced surface damage, in particular at the edges of the semiconductor wafers.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Silizium und vergleichbare Halbleitermaterialien zeichnen sich durch eine vergleichsweise hohe Sprödigkeit aus. Zum Abtrennen von Halbleiterscheiben aus einem Siliziumrohling wird deshalb üblicherweise eine Multiwire-Säge verwendet, bei der ein sich bewegender Draht von um eine Mehrzahl von mit Nuten versehenen Walzen zur Bildung einer Drahtgruppe läuft, die eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden und eine Ebene aufspannenden Teilabschnitten des sich bewegenden Drahts umfasst.silicon and comparable semiconductor materials are characterized by a comparatively high brittleness. To separate from Semiconductor wafers made of a silicon blank therefore become common used a multiwire saw, in which a moving Wire of about a plurality of grooved rollers for formation a wire group runs, a plurality of parallel mutually extending and a plane spanning sections of the moving wire.

Rohlinge aus ein- oder polykristallinem Silizium oder anderen Halbleitermaterialien haben häufig einen kreisförmigen Querschnitt. Zu Beginn des Abtrennens von Halbleiterscheiben von einem solchen Rohling-Zylinder mit einer Multiwire-Säge kommt es deshalb zu einer Punktberührung von Drahtgruppe und Rohling-Zylinder. Dies ermöglicht ein vergleichsweise präzises „Hineinfressen" der Drahtgruppe in den Rohling-Zylinder.blanks of single or polycrystalline silicon or other semiconductor materials often have a circular cross-section. At the beginning of the separation of semiconductor wafers from such a blank cylinder Therefore, with a multiwire saw comes to a point contact of wire group and blank cylinder. This allows a comparatively precise "erosion" of the wire group in the blank cylinder.

Insbesondere für Anwendungen in der Photovoltaik wird es bevorzugt, ein- oder polykristalline Silizium-Rohblöcke mit einem rechteckförmigen Querschnitt herzustellen, weil so der Verschnitt beim Zuschneiden der Silizium-Wafer zu den üblicherweise rechteckförmigen Solarzellenelementen reduziert werden kann. Beim Abtrennen von Silizium-Wafern von solcher quaderförmigen Silizium-Rohblöcken mittels einer Multiwire-Säge, ist es jedoch schwierig, geringe Maßabweichungen und eine hohe Oberflächenqualität der Silizium-Wafer, insbesondere an den Kanten, zu erzielen. Aufwendige Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, dass es insbesondere beim Ansägen von quaderförmigen Silizium-Rohblöcken aufgrund der linienhaften Berührung der Drahtgruppe mit einer ebenen Seitenfläche des Rohblocks zu unkontrollierten seitlichen Ausweichbewegungen des Sägedrahts kommt. Damit verbunden ist eine Verbreiterung des Sägespalts und somit höheren Maßabweichungen und eine Verringerung der Oberflächenqualität, insbesondere an den Kantenbereichen der Silizium-Wafer. Dies ist speziell bei der Herstellung von dünnen Wafern und bei der Erzielung geringer Toleranzen ein Problem.Especially for applications in photovoltaics it is preferred single or polycrystalline silicon ingots with a produce rectangular cross-section, because so the Cuttings when cutting the silicon wafer to the usual Rectangular solar cell elements are reduced can. When separating silicon wafers from such cuboid Silicon ingots using a multiwire saw, However, it is difficult, small deviations and a high surface quality of silicon wafers, in particular on the edges, to achieve. Elaborate investigations of the inventors have shown that it is especially when sawing cuboid Silicon ingots due to the linear contact of the Wire group with a flat side surface of the ingot to uncontrolled lateral evasive movements of the saw wire comes. This is associated with a widening of the sawing gap and thus higher deviations and a reduction in the Surface quality, especially at the edge areas the silicon wafer. This is especially in the production of thin Wafern and in the achievement of low tolerances a problem.

DE 197 23 083 A1 offenbart eine Multiwire-Säge und ein Schneidverfahren, wobei eine Kristallorientierung des Halbleitermaterial-Rohblocks bestimmt wird und ein Neigungswinkel des Halbleitermaterial-Rohblocks basierend auf der bestimmten Kristallorientierung außerhalb der Drahtsäge eingestellt wird. Dann wird der Halbleitermaterial-Rohblock an einer Aufnahme der Drahtsäge angebracht und die Schneidbearbeitung begonnen. Auf diese Weise wird für eine vorbestimmte Orientierung der Kristallachsen in Bezug zu den Oberflächen der Halbleiterscheibe gesorgt. Auch die Schneidbearbeitung kann in Bezug zur Orientierung einer vorbestimmten Kristallachse erfolgen. Der Halbleiter-Rohblock ist dabei zylindrisch und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Zum Einstellen des Neigungswinkels kann der Halbleitermaterial-Rohblock außerhalb der Drahtsäge in Bezug zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene horizontal und vertikal geneigt werden, so dass die Fläche des abgeschnittenen Wafers eine vorbestimmte Kristallfläche ist. DE 197 23 083 A1 discloses a multiwire saw and a cutting method wherein a crystal orientation of the semiconductor material ingot is determined and an inclination angle of the semiconductor material ingot is adjusted based on the determined crystal orientation outside the wire saw. Then, the semiconductor material ingot is attached to a receptacle of the wire saw, and the cutting work is started. In this way, a predetermined orientation of the crystal axes with respect to the surfaces of the semiconductor wafer is provided. The cutting processing can also take place in relation to the orientation of a predetermined crystal axis. The semiconductor ingot is cylindrical and has a circular cross-section. For adjusting the inclination angle, the semiconductor material ingot outside the wire saw may be inclined horizontally and vertically with respect to the plane defined by the wire group, so that the area of the cut wafer is a predetermined crystal face.

EP 1 320 438 B1 offenbart eine Multiwire-Säge, bei der eine den zylindrischen Rohblock aufnehmende Aufnahmeplatte periodisch in Bezug zu einer Mittelsenkrechten auf die von der Drahtgruppe aufgespannte Ebene verkippt werden kann. Eine Anwendung für quaderförmige Rohblöcke ist nicht offenbart. EP 1 320 438 B1 discloses a multiwire saw in which a receiving block receiving the cylindrical ingot may be tilted periodically with respect to a bisector perpendicular to the plane defined by the wire group. An application for rectangular cuboid blocks is not disclosed.

JP 10-249699 offenbart eine Multiwire-Säge, bei der zum Zersägen eines quaderförmigen Halbleitermaterial-Rohblocks der Neigungswinkel der ebenen Seitenfläche des Rohblocks zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene periodisch zwischen +45° und –45° geändert wird, um so die auf den Sägedraht einwirkende Belastung während des Sägens zu reduzieren. JP 10-249699 discloses a multiwire saw in which, for sawing a block-shaped semiconductor material ingot, the inclination angle of the planar side surface of the ingot to the plane defined by the wire group is periodically changed between + 45 ° and -45 ° so as to reduce the stress on the saw wire during to reduce sawing.

JP 11-320381 offenbart ein Verfahren zum Zersägen eines zylindrischen Halbleitermaterial-Rohblocks mit Hilfe einer Multiwire-Säge. Zur Unterdrückung von Schwankungen der mechanischen Vorspannung des Sägedrahts zu Beginn des Abtrennens der Wafer von dem Rohblock wird die Vorspannung des Sägedrahts während des Beginns des Abtrennens variiert und auf einen Wert eingestellt, der höher ist als die mechanische Vorspannung während des weiteren Abtrennens. JP 11-320381 discloses a method for sawing a cylindrical semiconductor material ingot by means of a multiwire saw. In order to suppress variations in the mechanical bias of the saw wire at the beginning of separating the wafers from the ingot, the bias of the saw wire is varied during the start of the separation and set to a value higher than the mechanical bias during the further separation.

Eine weitere Multiwire-Säge, deren Orientierung relativ zu einem zylindrischen Halbleitermaterial-Rohblock periodisch geändert werden kann, ist in EP 0 885 679 A1 offenbart.Another multiwire saw whose orientation can be periodically changed relative to a cylindrical semiconductor ingot is shown in FIG EP 0 885 679 A1 disclosed.

DE 10 2005 040 343 A1 und EP 1 110 652 A1 offenbaren Multiwire-Sägen, bei denen die mechanische Vorspannung des Sägedrahts variiert werden kann. DE 10 2005 040 343 A1 and EP 1 110 652 A1 reveal multiwire saws, where the mechanical preload of the saw wire can be varied.

EP 0 716 910 A2 offenbart ein Verfahren zum Abtrennen von Wafer von einem Halbleitermaterial-Rohblock mit Hilfe einer Multiwire-Säge. Der Rohblock ist quaderförmig. Die der Drahtgruppe zugewandte ebene Seitenfläche des Rohblocks ist parallel zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene ausgerichtet, so dass es zu Beginn des Abtrennens zu einer linienhaften Berührung der Drahtgruppe mit der dieser zugewandten ebenen Seitenfläche des Rohblocks kommt und somit zu unkontrollierten seitlichen Ausweichbewegungen der Sägedraht-Teilabschnitte, was einen breiteren Sägespalt und eine Verschlechterung der Toleranzen und Oberflächeneigenschaften der Wafer, insbesondere an den Kanten, bedingt. EP 0 716 910 A2 discloses a method for separating wafers from a semiconductor material ingot by means of a multiwire saw. The ingot is cuboid. The wire group facing flat side surface of the ingot is aligned parallel to the plane spanned by the wire group, so that it comes at the beginning of the separation to a linear contact of the wire group with this facing the flat side surface of the ingot and thus uncontrolled lateral evasive movements of the saw wire Subsections, which a wider kerf and a deterioration of the tolerances and surface properties of the wafer, especially at the edges, due.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 weiterzubilden, so dass das gleichzeitige Abtrennen einer Mehrzahl von Halbleiterscheiben von einem quaderförmigen Rohblock mit geringeren Toleranzen und höherer Oberflächenqualität, insbesondere an den Kanten der rechteckförmigen Wafer, erfolgen kann. Weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung betreffen geeignete Verwendungsformen.task The present invention is a method according to the Further develop preamble of claim 1, so that the simultaneous Separating a plurality of semiconductor wafers from a cuboid Ingot with smaller tolerances and higher surface quality, especially at the edges of the rectangular wafers, can be done. Further aspects of the present invention concern appropriate uses.

Diese und weitere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch Verwendungen nach einem der Ansprüche 12 bis 14 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.These and further objects are according to the present Invention by a method according to claim 1 and by uses solved according to one of claims 12 to 14. Further advantageous embodiments are the subject of the referenced Dependent claims.

Die Erfindung geht somit aus von einem Verfahren, wie in DE 197 23 083 A1 oder EP 0 716 910 A2 offenbart, deren Inhalt hiermit im Wege der Bezugnahme ausdrücklich in der vorliegenden Anmeldung mit beinhaltet sei. Erfindungsgemäß ist zu Beginn des Abtrennens der Wafer zwischen der der Drahtgruppe zugewandten ebenen Seitenfläche des Rohblocks und der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene zumindest zu Beginn des Abtrennens ein spitzer Winkel eingeschlossen, so dass die Drahtgruppe den Rohblock zunächst an einer Kante der ebenen Seitenfläche des Rohblocks anzusägen beginnt.The invention is therefore based on a method as in DE 197 23 083 A1 or EP 0 716 910 A2 , the contents of which are hereby expressly incorporated by reference into the present application. According to the invention, at the beginning of the separation of the wafer, an acute angle is included between the planar side surface of the ingot facing the wire group and the plane defined by the wire group, at least at the beginning of the separation, so that the wire group first saws the ingot at an edge of the planar side surface of the ingot starts.

Durch die punktförmige Berührung der Drahtgruppe mit der Kante des Rohblocks treten erfindungsgemäß bei geringerer Neigung der Sägedraht-Teilabschnitte keine unkontrollierten seitlichen Ausweichbewegungen beim Ansägen des Rohblocks auf, was im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem aufgrund der parallelen Ausrichtung der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene zur anzusägenden Oberfläche des Rohblocks erfindungsgemäß zu geringeren Toleranzen und geringerer Oberflächenbeschädigung an den Kantenbereichen führt.By the punctiform contact of the wire group with the edge of the ingot join in accordance with the invention Less inclination of the saw wire sections no uncontrolled lateral evasive movements when sawing the ingot on, what compared to the state of the art, where due to the parallel Alignment of the plane spanned by the wire group to be seeded Surface of the ingot according to the invention to lower Tolerances and less surface damage leads to the edge areas.

Aufgrund der punktförmigen Berührung der Drahtgruppe mit der Kante des quaderförmigen Rohblocks wird erfindungsgemäß auch ein höherer Anpressdruck realisiert, so dass die Drahtgruppe beim Ansägen rascher in den Rohblock eindringt und in geringerem Ausmaß seitliche Ausweichbewegungen ausführt.by virtue of the punctiform contact of the wire group with the edge of the cuboid ingot is also according to the invention realized a higher contact pressure, so the wire group when advancing faster penetrates into the ingot and in less Extent lateral evasive movements performs.

Der Winkel zwischen der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene und der dieser zugewandten ebenen Seitenfläche des Rohblocks kann identisch zu dem vorbestimmten spitzen Winkel sein oder kann zusätzlich durch die mechanische Vorspannung des Sägedrahts beeinflusst sein. Grundsätzlich wird erfindungsgemäß jedoch eine vergleichsweise hohe mechanische Vorspannung des Sägedrahts bevorzugt, um jegliche seitliche Ausweichbewegungen der Teilabschnitte der Drahtgruppe zu reduzieren.Of the Angle between the plane defined by the wire group and the facing this flat side surface of the ingot may be identical to the predetermined acute angle or may additionally by the mechanical prestressing of the saw wire to be influenced by. In principle, however, according to the invention a comparatively high mechanical preload of the saw wire preferred to any lateral evasive movements of the sections reduce the wire group.

Zur Realisierung einer Punktberührung zu Beginn des Abtrennens der Wafer genügt erfindungsgemäß eine vergleichsweise geringe Verkippung der ebenen Seitenfläche des Rohblocks in Bezug zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene. Unter Zugrundelegung einer Breite der ebenen Seitenfläche im Bereich zwischen 200 bis 800 mm wird erfindungsgemäß eine maximale Verkippung von 5 mm, bevorzugter von 3 mm und noch bevorzugter von max. 1 mm auf die vorgenannte Breite der ebenen Seitenfläche bevorzugt.to Realization of a point contact at the beginning of the separation According to the invention, the wafer satisfies one comparatively small tilting of the flat side surface of the ingot with respect to that spanned by the wire group Level. On the basis of a width of the flat side surface in the range between 200 to 800 mm according to the invention a maximum tilt of 5 mm, more preferably 3 mm and more preferably by Max. 1 mm on the aforementioned width of the flat side surface prefers.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Rohblock an einer Aufnahme der Drahtsäge angebracht, um so einen Neigungswinkel der ebenen Seitenfläche relativ zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene zu Beginn des Abtrennens der Mehrzahl von Wafern geeignet einzustellen.According to one Another embodiment is the ingot on a receptacle attached to the wire saw so as to provide a tilt angle of the flat side surface relative to that of the wire group spanned level at the beginning of the separation of the plurality of wafers suitable to adjust.

Die Einstellung des Neigungswinkels kann dabei über eine keilförmige Zwischenplatte erfolgen, so dass herkömmliche Multiwire-Sägen verwendet werden können, bei denen die Aufnahme üblicherweise exakt parallel zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene ausgerichtet ist. Gemäß dieser Ausführungsform ist die keilförmige Zwischenplatte in der Aufnahme der Drahtsäge aufgenommen, bevorzugt an diese angeklebt, und ist der Rohblock auf einer Vorderseite der keilförmigen Zwischenplatte angebracht, bevorzugt durch eine Haft- oder Klebeverbindung. Auf diese Weise können auch vergleichsweise geringe Neigungswinkel einfach und ohne größeren mechanischen Justieraufwand der Drahtsäge erzielt werden.The Adjustment of the angle of inclination can be via a wedge-shaped Intermediate plate done so that conventional multiwire saws Can be used in which the recording is usually aligned exactly parallel to the plane spanned by the wire group is. According to this embodiment the wedge-shaped intermediate plate in the receptacle of the wire saw taken, preferably adhered to this, and is the ingot mounted on a front of the wedge-shaped intermediate plate, preferably by an adhesive or adhesive bond. In this way can also be comparatively low tilt angle easy and without much mechanical adjustment effort the wire saw are achieved.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Aufnahme der Drahtsäge eine Neigungseinrichtung zugeordnet, welche die Aufnahme in Bezug zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene vertikal verkippen kann. Bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt eine planparallele Zwischenplatte verwendet, die mit Ihrer einen Oberfläche in der Aufnahme der Drahtsäge aufgenommen ist und deren gegenüber liegende Oberfläche als Haltefläche für den Rohblock dient, wozu bevorzugt eine Haft- und Klebeverbindung dient.According to one alternative embodiment is the inclusion of the wire saw associated with a tilting device which relates to the receptacle can tilt the plane spanned by the wire group vertically. In this embodiment, a plane-parallel is preferred Intermediate plate used with your one surface recorded in the recording of the wire saw and their opposite surface as a holding surface is used for the ingot, including preferably an adhesive and adhesive bond serves.

Bevorzugt wird der Neigungswinkel zwischen der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene und der dieser zugewandten ebenen Seitenfläche des Rohblocks einmalig eingestellt, so dass weiterer Justieraufwand entfällt und die Halbleiterwafer unter kontrollierten Bedingungen abgetrennt werden können.Prefers is the angle of inclination between the spanned by the wire group Plane and this facing the flat side surface of Rohblocks set once, so that more adjustment effort eliminates and the semiconductor wafer under controlled conditions can be separated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der vorgenannte Neigungswinkel auch nach dem Beginn des Abtrennens der Mehrzahl von Halbleiterscheiben durch vertikales Verkippen der Aufnahme der Drahtsäge relativ zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene verändert werden. Bei einer solchen Ausführungsform kann einerseits eine punktförmige Berührung zwischen der Drahtgruppe und einer Längskante des Rohblocks erzielt werden und andererseits gewährleistet werden, dass zum Ende des Abtrennens die von der Drahtgruppe aufgespannte Ebene parallel zu der dem Rohblock zugewandten Vorderseite der Zwischenplatte ausgerichtet ist. Somit frisst sich die Drahtgruppe nicht oder nicht in nennenswertem Umfang in die Zwischenplatte hinein, was den Sägevorgang insgesamt verkürzt und durchaus auch eine mehrfache Verwendung der keilförmigen oder planparallelen Zwischenplatte ermöglicht.According to one Another embodiment, the aforementioned inclination angle even after the beginning of the separation of the plurality of semiconductor wafers by vertically tilting the recording of the wire saw relative changed to the plane defined by the wire group become. In such an embodiment, on the one hand a punctiform contact between the wire group and a longitudinal edge of the ingot are achieved and on the other hand be ensured that at the end of the separation the plane spanned by the wire group parallel to that of the ingot facing front side of the intermediate plate is aligned. Consequently does not eat the wire group or not to a significant extent in the intermediate plate into what the sawing process in total shortened and quite a multiple use of wedge-shaped or plane-parallel intermediate plate allows.

Sofern aufgrund der parallelen Ausrichtung der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene relativ zur Vorderseite der Zwischenplatte Sägenasen an den Wafern verbleiben sollten, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass das vertikale Verkippen der Aufnahme der Drahtsäge relativ zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene während des Abtrennprozesses so erfolgt, dass gegen Sägeende eine geringe Restverkippung der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene relativ zur Vorderseite der Zwischenplatte bestehen bleibt.Provided due to the parallel orientation of the spanned by the wire group Plane relative to the front of the intermediate plate saw nose should remain on the wafers can, according to another Embodiment be provided that the vertical tilting the inclusion of the wire saw relative to that of the wire group spanned level during the separation process is done so that against Sägeende a small residual tilting of the Wire group spanned plane relative to the front of the intermediate plate persists.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Neigungswinkel während des Abtrennens der Halbleiterwafer erst dann verändert, wenn die Drahtgruppe sich über die gesamte Breite in die der Drahtgruppe zugewandte ebene Seitenfläche des Rohblocks hinein gefressen hat. So kann eine unnötige linienförmige Berührung auch nach dem ersten Ansägen des Rohblocks vermieden werden.According to one Another embodiment, the inclination angle during the separation of the semiconductor wafers only then changed, if the wire group extends over the entire width in the the wire group facing flat side surface of the ingot has eaten into it. So can an unnecessary line-shaped Touch even after the first sawing of the ingot be avoided.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer keilförmigen Zwischenplatte, die bevorzugt als Glasplatte ausgebildet ist, und/oder einer keilförmigen Adapterplatte, die bevorzugt aus Metall wie beispielsweise Eisen oder Aluminium ausgebildet ist und als Adapterplatte zur Verbindung mit einer Maschinenaufnahme der Drahtsäge dient, bei einer Multiwire-Säge zum Einstellen des Neigungswinkels zwischen der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene und einer dieser Ebene zugewandten ebenen Seitenfläche eines quaderförmigen Halbleiter-Rohblocks. Die keilförmige Zwischenplatte dient dabei zur Verbindung mit einer Aufnahme der Drahtsäge, wobei Zwischenplatte und Rohblock bevorzugt über eine Haft- oder Klebeverbindung miteinander verbunden sind. Die keilförmige Adapterplatte dient dabei zur Verbindung der vorgenannten Zwischenplatte mit der Maschinenaufnahme der Drahtsäge, bevorzugt über eine Haft- oder Klebeverbindung.One Another aspect of the present invention relates to the use a wedge-shaped intermediate plate, preferably as a glass plate is formed, and / or a wedge-shaped adapter plate, the preferably formed of metal such as iron or aluminum is and as an adapter plate for connection to a machine holder the wire saw is used on a multiwire saw for adjusting the angle of inclination between that of the wire group spanned plane and a plane facing this plane side surface a cuboid semiconductor ingot. The wedge-shaped intermediate plate serves to connect to a recording of the wire saw, intermediate plate and ingot preferably via an adhesive or adhesive bond are connected together. The wedge-shaped adapter plate serves to connect the aforementioned intermediate plate with the Machine seat of the wire saw, preferably over an adhesive or adhesive bond.

Weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung betreffen die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abtrennen einer Mehrzahl von planparallelen Silizium-Scheiben von einem quaderförmigen ein- oder polykristallinen Silizium-Rohblock sowie die Verwendung einer so abgetrennten Silizium-Scheibe für Anwendungen in der Photovoltaik.Further Aspects of the present invention relate to use of the inventive method for separating a plurality of plane-parallel silicon disks of a cuboid single- or polycrystalline silicon ingot as well as the use such a separated silicon wafer for applications in photovoltaics.

FigurenübersichtLIST OF FIGURES

Nachfolgend wird die Erfindung in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, woraus sich weitere Merkmale, Vorteile und zu lösende Aufgaben ergeben werden. Es zeigen:following the invention will be described by way of example and with reference are described on the accompanying drawings, from which provide further features, advantages and tasks to be solved become. Show it:

1 in einer schematischen Querschnittsansicht ein Verfahren zum Abtrennen einer Mehrzahl von Wafern gemäß dem Stand der Technik; 1 in a schematic cross-sectional view of a method for separating a plurality of wafers according to the prior art;

2 in einer schematischen Querschnittsansicht ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 in a schematic cross-sectional view of a method according to a first embodiment of the present invention;

3 in einer perspektivischen Darstellung das Verfahren gemäß der 2; 3 in a perspective view of the method according to the 2 ;

4 in einer schematischen Querschnittsansicht ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 4 in a schematic cross-sectional view of a method according to a second embodiment of the present invention; and

5 in einer schematischen Querschnittsansicht ein Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 in a schematic cross-sectional view of a method according to a third embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder im Wesentlichen gleich wirkende Elemente oder Elementgruppen.In the figures, identical Be identical or substantially identically acting elements or groups of elements.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten AusführungsbeispielenDetailed description of preferred embodiments

Die 3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den grundlegenden Aufbau einer Drahtsäge zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß der 3 ist ein Draht um eine Drahtrolle (nicht gezeigt) und eine Mehrzahl von mit Nuten versehenen Walzen 2 gewickelt, so dass eine horizontale Drahtgruppe 3 gebildet wird. Diese besteht aus einer Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Sägedraht-Teilabschnitten des sich bewegenden Drahts, die gemeinsam, wie in der 3 dargestellt, eine Ebene aufspannen. Gegenüberliegend der Drahtgruppe 3 ist ein quaderförmiger Silizium-Rohblock 1 über eine keilförmige Zwischenplatte 4 von einer Maschineaufnahmeplatte 5 gehalten, die in einer Maschinenaufnahme (nicht gezeigt) der Drahtsäge aufgenommen ist (vgl. 2). Der Sägedraht ist so um die Walzen 2 geführt, dass eine konstante Zugspannung einer vorbestimmten Größe auf den Draht einwirkt. Die Draht-Teilabschnitte der Drahtgruppe 3 sind äquidistant zueinander angeordnet, beispielsweise unter einem Abstand von 210 μm. Ein typischer Durchmesser des Sägedrahts beträgt etwa 140 μm.The 3 shows in a perspective view of the basic structure of a wire saw for use in the inventive method. According to the 3 is a wire around a wire roll (not shown) and a plurality of grooved rolls 2 wrapped, leaving a horizontal wire group 3 is formed. This consists of a plurality of mutually parallel saw wire sections of the moving wire, which together, as in the 3 represented, span a plane. Opposite the wire group 3 is a cuboid silicon ingot 1 over a wedge-shaped intermediate plate 4 from a machine receiving plate 5 held, which is received in a machine seat (not shown) of the wire saw (see. 2 ). The saw wire is so around the rollers 2 guided, that a constant tension of a predetermined size acts on the wire. The wire sections of the wire group 3 are arranged equidistant to each other, for example, at a distance of 210 microns. A typical diameter of the saw wire is about 140 microns.

Ein Motor (nicht gezeigt) ist mit den Walzen 2 gekoppelt und bewegt den Draht mit einer hohen Geschwindigkeit. Gemäß der 3 ist der Silizium-Rohblock 1 oberhalb der Drahtgruppe 3 angeordnet. Nach Positionierung des Rohblocks 1 beabstandet und oberhalb der Drahtgruppe 3 wird der Rohblock 1 zum Abtrennen einer Mehrzahl von Halbleiterscheiben mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit durch Absenken der Maschinenaufnahme (nicht gezeigt) abgesenkt, so dass der Rohblock 1 schließlich gegen die Drahtgruppe 3 gedrückt wird. Während des Sägevorgangs wird eine Fest-Flüssig-Dispersion auf die Drahtgruppe 3 von einem Vorratsbehälter (nicht gezeigt) über eine Düse aufgebracht und der Rohblock 1 mittels einer Läppbearbeitung durch die abtragenden Körner in dieser Dispersion geschnitten.An engine (not shown) is with the rollers 2 coupled and moves the wire at a high speed. According to the 3 is the silicon ingot 1 above the wire group 3 arranged. After positioning the ingot 1 spaced and above the wire group 3 becomes the ingot 1 for separating a plurality of semiconductor wafers at a predetermined speed by lowering the machine mount (not shown) lowered so that the ingot 1 finally against the wire group 3 is pressed. During the sawing process, a solid-liquid dispersion is applied to the wire group 3 applied from a reservoir (not shown) via a nozzle and the ingot 1 cut by means of a lapping processing through the abrasive grains in this dispersion.

Die 2 zeigt die Anordnung gemäß der 3 in einer schematischen Querschnittsansicht. Gemäß der 2 ist der quaderförmige Rohblock 1, der vier im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende quadratische oder rechteckförmige Seitenflächen aufweist, in Bezug zu der von der Maschinenaufnahmeplatte 5 gebildeten Ebene um einen vorbestimmten Winkel verkippt. Gemäß der 2 wird dieser Verkippungswinkel durch den Keilwinkel der keilförmigen Zwischenplatte 4 vorgegeben. Diese besteht beispielsweise aus Glas und ist mit dem Silizium-Rohblock 1 über eine Haft- oder Klebeverbindung verbunden und mit der Maschinenaufnahmeplatte 5 in geeigneter Weise verbunden, insbesondere eingespannt. Durch den Keilwinkel der keilförmigen Zwischenplatte 4 wird ein spitzer Winkel α zwischen der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene und der der Drahtgruppe 3 zugewandten Seitenfläche des Rohblocks 1 eingeschlossen. Dieser spitze Winkel α entspricht dem Keilwinkel der keilförmigen Zwischenplatte 4.The 2 shows the arrangement according to the 3 in a schematic cross-sectional view. According to the 2 is the cuboid ingot 1 which has four substantially mutually parallel square or rectangular side surfaces with respect to that of the machine mounting plate 5 tilted plane formed by a predetermined angle. According to the 2 This tilt angle is due to the wedge angle of the wedge-shaped intermediate plate 4 specified. This consists for example of glass and is with the silicon ingot 1 connected via an adhesive or adhesive connection and with the machine receiving plate 5 connected in a suitable manner, in particular clamped. Due to the wedge angle of the wedge-shaped intermediate plate 4 will be an acute angle α between that of the wire group 3 spanned level and the wire group 3 facing side surface of the ingot 1 locked in. This acute angle α corresponds to the wedge angle of the wedge-shaped intermediate plate 4 ,

Nachdem der Rohblock 1 mit der keilförmigen Zwischenplatte (bevorzugt einer keilförmigen Glasplatte) 4 verbunden und über die Maschinenaufnahmeplatte (bevorzugt aus einem Metall, wie beispielsweise Eisen oder Aluminium) 5 mit der Maschinenaufnahme 6 der Drahtsäge verbunden ist, bevorzugt über eine Haft- oder Klebeverbindung, wird der Rohblock 1 mit vorzugsweise konstanter Geschwindigkeit durch Absenken der Maschinenaufnahme 6 auf die Drahtgruppe 3 zu bewegt. Schließlich gelangt die rechte Längskante der der Drahtgruppe 3 zugewandten Seitenfläche des Rohblocks 1 unter Punktberührung in Kontakt mit den Draht-Teilabschnitten der Drahtgruppe 3, so dass die Drahtgruppe 3 den Rohblock 1 an einer Längskante der ebenen Unterseite des Rohblocks anzusägen beginnt. Diese Punktberührung ist durch die Verkippung des Rohblocks 1 relativ zu der Drahtgruppe 3 um den spitzen Winkel α bedingt. Gegebenenfalls weicht der spitze Winkel α von dem Keilwinkel der keilförmigen Zwischenplatte bedingt durch eine mechanische Nachgiebigkeit der Draht-Teilabschnitte, entsprechend der mechanischen Vorspannung des Sägedrahts, ab.After the ingot 1 with the wedge-shaped intermediate plate (preferably a wedge-shaped glass plate) 4 connected and via the machine receiving plate (preferably made of a metal such as iron or aluminum) 5 with the machine holder 6 the wire saw is connected, preferably via an adhesive or adhesive bond, the ingot is 1 with preferably constant speed by lowering the machine holder 6 on the wire group 3 too moved. Finally, the right longitudinal edge of the wire group arrives 3 facing side surface of the ingot 1 under point contact in contact with the wire sections of the wire group 3 so the wire group 3 the raw block 1 begins to saw down on a longitudinal edge of the flat bottom of the ingot. This point contact is due to the tilting of the ingot 1 relative to the wire group 3 conditioned by the acute angle α. Optionally, the acute angle α deviates from the wedge angle of the wedge-shaped intermediate plate due to a mechanical compliance of the wire sections, corresponding to the mechanical prestressing of the saw wire.

Typischerweise beträgt die Kantenlänge des Silizium-Rohblocks 5'' bis 6''. Bei einer solchen Außenabmessung beträgt die Verkippung des Rohblocks 1 in Bezug zu der Drahtgruppe 3 typischerweise etwa maximal 1 mm. Allgemeiner beträgt die Verkippung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren maximal 5 mm bezogen auf eine Breite der der Drahtgruppe 3 zugewandten Unterseite des Rohblocks von 200 bis 800 mm, bevorzugter maximal 3 mm auf die genannte Breite von 200 bis 800 mm und noch bevorzugter maximal 1 mm bezogen auf die genannte Breite von 200 bis 800 mm.Typically, the edge length of the silicon ingot is 5 '' to 6 '' , With such an outer dimension, the tilt of the ingot is 1 in relation to the wire group 3 typically about a maximum of 1 mm. More generally, the tilt in the inventive method is a maximum of 5 mm, based on a width of the wire group 3 facing bottom of the ingot from 200 to 800 mm, more preferably not more than 3 mm to said width of 200 to 800 mm and more preferably not more than 1 mm based on said width of 200 to 800 mm.

Durch das Schrägstellen der Drahtgruppe 3 in Bezug zu der Unterseite des Rohblocks 1 kommt es zu der genannten Punktberührung zwischen Rohblock 1 und Drahtgruppe 3. Erfindungsgemäß wird der Rohblock 1 somit definiert an einer Längskante angesägt, wobei eine seitliche Ausweichbewegung der Draht-Teilabschnitte der Drahtgruppe 3 (seitliches „Schwimmen") erfindungsgemäß nicht oder nicht in nennenswertem Umfang auftritt. Dadurch können die planparallelen Wafer mit höherer Maßhaltigkeit abgetrennt werden. Die erfindungsgemäß abgetrennten Wafer zeichnen sich durch eine höhere Planparallelität und eine höhere Oberflächengüte aus. Auch der bei Abtrennen der Mehrzahl von Wafern jeweils entstehende Sägespalt ist erfindungsgemäß aufgrund der zu vernachlässigenden seitlichen Ausweichbewegung der Sägedrähte schmäler und entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser des verwendeten Sägedrahts plus einem schmalen Spalt aufgrund der Verwendung eines Abrasivmittels zum Abtrennen.By tilting the wire group 3 relative to the bottom of the ingot 1 it comes to the mentioned point contact between Rohblock 1 and wire group 3 , According to the invention, the ingot is 1 thus defined sawn at a longitudinal edge, wherein a lateral deflection movement of the wire sections of the wire group 3 (lateral "swimming") according to the invention does not occur or does not occur to any appreciable extent, as a result of which the plane-parallel wafers with a higher dimensional accuracy can be separated off.The wafers separated according to the invention are characterized by a higher plane parallelism and a higher surface quality out. The kerf which is formed in each case when the plurality of wafers are separated is also narrower due to the negligible lateral deflection movement of the saw wires and substantially corresponds to the diameter of the saw wire used plus a narrow gap due to the use of an abrasive for separation.

Durch die Punktberührung zwischen Unterseite des Rohblocks 1 und Drahtgruppe 3 kann erfindungsgemäß bei vorgegebener mechanischer Vorspannung des Sägedrahts, wie durch die Auslegung der Drahtsäge bedingt, beim Ansagen des Rohblocks 1 ein höherer Anpressdruck realisiert werden. Der Sägedraht frisst sich somit schneller in das Rohblockmaterial hinein, was auch dadurch gefördert wird, dass zu Beginn des Ansägens weniger Material in den Sägespalten entfernt werden muss. Durch das erfindungsgemäße Schrägstellen von Rohblock 1 in Bezug zu der Drahtgruppe 3 braucht der Vorschub des Rohblocks 1 bzw. der Maschinenaufnahme 6 nicht mehr reduziert werden oder jedenfalls nur in deutlich geringerem Umfange als gemäß dem Stand der Technik. Da eine unterschiedliche Verweilzeit des Sägedrahts in bestimmten Waferbereichen ein unterschiedlich langes Läppen in diesen Bereichen und damit eine unterschiedliche Dicke in diesen Bereichen hervorruft, können die Wafer erfindungsgemäß nicht nur mit höherer Maßhaltigkeit sondern auch mit einer höheren Oberflächengüte abgetrennt werden, insbesondere mit geringeren Oberflächenbeschädigungen entlang den Längskanten des Rohblocks 1, d. h. in den Eckbereichen der quadratischen oder rechteckförmigen Einzelwafer.By the point contact between bottom of the ingot 1 and wire group 3 can according to the invention at a predetermined mechanical bias of the saw wire, as determined by the design of the wire saw, when announcing the ingot 1 a higher contact pressure can be realized. The sawing wire thus eats faster into the raw block material, which is also promoted by the fact that at the beginning of Ansägens less material must be removed in the kerfs. By the inventive tilting of ingot 1 in relation to the wire group 3 the feed of the ingot needs 1 or the machine holder 6 no longer be reduced or at least only to a much lesser extent than in the prior art. Since a different residence time of the saw wire in certain wafer areas causes a different length lapping in these areas and thus a different thickness in these areas, the wafer can be separated according to the invention not only with higher dimensional accuracy but also with a higher surface quality, in particular with less surface damage along the Longitudinal edges of the ingot 1 , ie in the corner regions of the square or rectangular single wafers.

Gemäß dem Stand der Technik ist es hingegen oftmals erforderlich, während des Sägeprozesses, insbesondere während der Phase des Ansägens, die Vorschubgeschwindigkeit der Vorschubtisches und/oder die Drahtgeschwindigkeit und/oder die Drahtspannung zu ändern, was herkömmlich zu Sägemarkern und Ungleichmäßigkeiten der gesägten Waferoberfläche führt.According to the By contrast, it is often necessary in the prior art during the sawing process, especially during the phase of the sawing, the feed speed of the feed table and / or to change the wire speed and / or the wire tension, which is conventional to saw marks and irregularities the sawn wafer surface leads.

Aufgrund der vorgenannten Vorteile ist erfindungsgemäß auch eine vorübergehende Erhöhung der Sägedrahtspannung beim Ansägen des Rohblocks nicht erforderlich. Dies reduziert erfindungsgemäß die Anforderungen an die zu verwendende Drahtsäge und erhöht deren Zuverlässigkeit und Sägequalität. Da erfindungsgemäß mit konstanter Sägedrahtspannung gearbeitet werden kann, ist ein erhöhter Verschleiß der Drahtführungswalzen und Pulleys aufgrund einer vorübergehenden Sägedrahtspannungserhöhung nicht zu befürchten. Außerdem trägt dies erfindungsgemäß zu einer Vergleichmäßigung der Oberflächenqualität bei, da gemäß dem Stand der Technik bei vorübergehender Erhöhung der Sägedrahtspannung beim Übergang der Sägedrahtspannung auf die Standardspannung mit Oberflächenstufen oder Wellen zu rechnen ist (aufgrund der sich ändernden Durchbiegung und Verweilzeit des Sägedrahts im Halbleitermaterial).by virtue of The aforementioned advantages are also according to the invention a temporary increase in saw wire tension not necessary when sawing the ingot. This reduces According to the invention, the requirements for the wire saw to be used and increases their reliability and sawing quality. Since according to the invention with constant Sägedrahtspannung can be worked, is an increased wear of the Wire guide rollers and pulleys due to a temporary Saw wire voltage increase is not to be feared. In addition, this contributes to the invention a homogenization of the surface quality in, as in the prior art at temporary Increase saw wire tension during transition the saw wire tension to the standard stress with surface steps or waves is due (due to changing Deflection and dwell time of the saw wire in the semiconductor material).

Wie aus der 2 ersichtlich ist, wird sich der Sägedraht zum Ende des Abtrennens der Wafer in die keilförmige Zwischenplatte 4 hineinfressen. Diese muss deshalb nach Abtrennen der Halbleiterwafer ausgetauscht werden. Ein Hineinfressen des Sägedrahts in die keilförmige Zwischenplatte 4 kann bei dieser Ausführungsform nur dann verhindert werden, wenn die Maschinenaufnahme 6 während des Sägevorgangs vertikal in Bezug zu der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene um den Keilwinkel der Zwischenplatte 4 verkippt werden kann, so dass zum Ende des Sägevorgangs die von der Drahtgruppe 3 aufgespannte Ebene im Wesentlichen parallel zu der dem Rohblock 1 zugewandten Vorderseite der keilförmigen Zwischenplatte 4 ist. Eine solche Ausführungsform mit der Möglichkeit einer Relativverkippung von Maschinenaufnahme 6 und Drahtgruppe 3 während des Sägens ist erfindungsgemäß ausdrücklich angedacht.Like from the 2 it can be seen, the saw wire is the end of the separation of the wafer in the wedge-shaped intermediate plate 4 hineinfressen. This must therefore be replaced after separation of the semiconductor wafer. A gnawing of the saw wire into the wedge-shaped intermediate plate 4 can be prevented in this embodiment only if the machine recording 6 during the sawing process vertically relative to that of the wire group 3 plane spanned by the wedge angle of the intermediate plate 4 can be tilted, so that at the end of the sawing process of the wire group 3 spanned plane substantially parallel to that of the ingot 1 facing front of the wedge-shaped intermediate plate 4 is. Such an embodiment with the possibility of a relative tilting of machine recording 6 and wire group 3 during sawing is the invention explicitly considered.

Die 4 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei der anstelle der keilförmigen Zwischenplatte 5 gemäß der 2 eine planparallele Zwischenplatte 4 verwendet wird, die insbesondere aus Glas bestehen kann. Gemäß der 4 wird die Schrägstellung des Rohblocks 1 relativ zu der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene durch Verkippen der Maschinenaufnahme 6 vertikal um einen entsprechenden Winkel α erzielt, wie in dem vergrößerten Einsatz gezeigt.The 4 shows a second embodiment, in which instead of the wedge-shaped intermediate plate 5 according to the 2 a plane-parallel intermediate plate 4 is used, which may consist in particular of glass. According to the 4 becomes the inclination of the ingot 1 relative to that of the wire group 3 clamped plane by tilting the machine holder 6 achieved vertically by a corresponding angle α, as shown in the enlarged insert.

Eine solche Verkippung der Maschinenaufnahme 6 relativ zu der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene braucht erfindungsgemäß grundsätzlich nur einmalig vorgenommen werden, zum Einjustieren der Drahtsäge. Der Verkippungswinkel α wird auch bei dieser Ausführungsform wie vorstehend anhand dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben gewählt, so dass auch hier die Drahtgruppe 3 den Rohblock zu Beginn des Abtrennens der Halbleiterwafer an einer Längskante der der Drahtgruppe 3 zugewandten ebenen Unterseite des Rohblocks 1 anzusägen beginnt.Such a tilting of the machine holder 6 relative to that of the wire group 3 spanned level needs to be made according to the invention in principle only once, for adjusting the wire saw. The tilt angle α is also selected in this embodiment as described above with reference to the first embodiment, so that here too the wire group 3 the ingot at the beginning of the separation of the semiconductor wafer on a longitudinal edge of the wire group 3 facing flat bottom of the ingot 1 begins to mark.

Auch bei dieser Ausführungsform wird sich die Drahtgruppe 3 zum Ende des Abtrennens der Halbleiterwafer in die dem Rohblock 1 zugewandte Vorderseite der Zwischenplatte 4 hineinfressen. Um dies zu verhindern, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die Maschinenaufnahme 6 relativ zu der Drahtgruppe 3 während des Sägevorgangs um den Verkippungswinkel α vertikal in Bezug zu der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene verkippt werden kann. Bei einer solchen Ausführungsform ist die von der Drahtgruppe 3 aufgespannte Ebene zum Ende des Abtrennens parallel zu der dem Rohblock 1 zugewandten Vorderseite der Zwischenplatte 4.Also in this embodiment, the wire group becomes 3 to the end of separating the semiconductor wafers into the ingot 1 facing front of the intermediate plate 4 hineinfressen. In order to prevent this, according to a further embodiment it can be provided that the machine receptacle 6 relative to the wire group 3 during the sawing process by the tilt angle α vertically with respect to that of the wire group 3 tilted plane can be tilted. In such an embodiment, that of the wire group 3 clamped plane to the end of the separation parallel to the raw block 1 facing front of the intermediate plate 4 ,

Wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird, kann alternativ auch die Maschinenaufnahmeplatte 5 keilförmig ausgebildet sein, um die im vorstehenden Abschnitt erzielten Effekte zu erzielen.As will be readily apparent to those skilled in the art, the machine receiving plate may alternatively be used 5 be wedge-shaped to achieve the effects achieved in the preceding section.

Die 5 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform einer Drahtsäge zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Gemäß der 5 ist zusätzlich eine Einheit 7 zur Bestimmung der Ausrichtung der Unterseite des Rohblocks 1 oder des Verkippungswinkels in Bezug zu der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene vorgesehen. Eine solche Bestimmung kann insbesondere optisch oder durch geeignete Auswertung von Videobildern erfolgen. Die Bestimmungseinrichtung 7 bestimmt dabei die Schrägstellung des Rohblocks 1 in Bezug zu der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene, anhand der die Maschinenaufnahme 6 der Drahtsäge beispielsweise manuell verstellt werden kann. Diese Verstellung kann grundsätzlich auch automatisch anhand des Signals der Bestimmungseinrichtung 7 erfolgen. Zu diesem Zweck kann der Maschinenaufnahme 6 eine Verstelleinrichtung 8 zugeordnet sein, welche die Maschinenaufnahme 6 um die einer Mittelsenkrechten auf die Unterseite des Rohblocks 1 entsprechenden Schwenkachse 9 motorisch verschwenken kann.The 5 shows finally a third embodiment of a wire saw for use in the inventive method. According to the 5 is an additional unit 7 for determining the orientation of the underside of the ingot 1 or the tilt angle relative to that of the wire group 3 spanned level. Such a determination can in particular be made optically or by suitable evaluation of video images. The determining device 7 determines the inclination of the ingot 1 in relation to that of the wire group 3 spanned level, based on the machine image 6 the wire saw can be adjusted manually, for example. This adjustment can in principle also automatically based on the signal of the determination device 7 respectively. For this purpose, the machine holder 6 an adjusting device 8th be assigned, which is the machine 6 around a mid-perpendicular to the bottom of the ingot 1 corresponding pivot axis 9 can pivot by motor.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bestimmungseinrichtung 7 ergänzend oder alternativ die der Drahtgruppe 3 zugewandte Unterseite des Rohblocks 1 während des Ansägens überwachen, um so festzustellen, warm sich die Drahtgruppe 3 über die gesamte Breite des Rohblocks 1 in dessen Unterseite hineingefressen hat. Daraufhin kann ein Signal ausgegeben werden, dass eine Verschwenkung der Maschinenaufnahme 6 um die Achse 9 um den vorgenannten Verkippungswinkel freigibt, bis schließlich die von der Drahtgruppe 3 aufgespannte Ebene parallel zu der dem Rohblock 1 zugewandten Vorderseite der Zwischenplatte 4 ausgerichtet ist. Diese Verstellung wird von der Verstelleinrichtung 8 motorisch angetrieben. Die hierzu erforderliche Schwenkbewegung kann über die gesamte Prozesszeit des Sägevorgangs gleichmäßig verteilt werden, was zu keiner nennenswerten Ungleichmäßigkeit der Sägegeschwindigkeit führt. Allerdings kann es bei einer zu hohen Verstellgeschwindigkeit beim Verkippen während des Sägevorgangs zur Ausbildung von Sägemarkern und Ungleichmäßigkeiten der angesägten Waferoberflächen führen, was durch Anpassung der Verstellgeschwindigkeit gemäß der Gesamtprozessdauer erzielt werden kann.According to a further embodiment, the determination device 7 additionally or alternatively, the wire group 3 facing underside of the ingot 1 monitor during the sawing so as to determine the wire group is warming up 3 across the entire width of the ingot 1 into whose bottom has eaten. Then, a signal can be output that a pivoting of the machine recording 6 around the axis 9 releases the aforementioned tilt angle, until finally the of the wire group 3 spanned plane parallel to the raw block 1 facing front of the intermediate plate 4 is aligned. This adjustment is made by the adjusting device 8th powered by a motor. The pivoting movement required for this purpose can be distributed uniformly over the entire process time of the sawing process, which leads to no significant unevenness of the sawing speed. However, too high an adjustment speed during tilting during the sawing process can lead to the formation of saw marks and unevenness of the sawed wafer surfaces, which can be achieved by adjusting the adjustment speed according to the overall process duration.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Bestimmungseinrichtung 7 ferner die Ausrichtung der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene in Bezug zu der dem Rohblock 1 zugewandten Vorderseite der Zwischenplatte 4 überwachen, so dass basierend auf einem solchen Signal eine Steuereinrichtung die Verstelleinrichtung 8 so steuert, dass die beiden genannten Ebenen zum Ende des Sägevorgangs parallel zueinander ausgerichtet sind, sich die Drahtgruppe 3 also nicht in nennenswertem Umfang oder gar nicht in die Zwischenplatte 4 hineinfrisst.According to a further embodiment, the determination device 7 furthermore, the orientation of the wire group 3 spanned level in relation to the raw block 1 facing front of the intermediate plate 4 monitor, so that based on such a signal, a control device, the adjusting device 8th so controls that the two said planes are aligned parallel to each other at the end of the sawing process, the wire group 3 so not in appreciable extent or not at all in the intermediate plate 4 into it eats.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer keilförmigen Zwischenplatte 4, wie in der 2 gezeigt, in einer Multiwire-Säge gemäß dem Stand der Technik, wie diese beispielsweise in der DE 197 23 083 A1 offenbart ist, bei der die Maschinenaufnahme parallel zu der von der Drahtgruppe aufgespannten Ebene ausgerichtet ist, zur Realisierung einer Verkippung des Halbleiter-Rohblocks relativ zu der von der Drahtgruppe 3 aufgespannten Ebene und zur Realisierung einer Punktberührung von Rohblock und Drahtgruppe während der Phase des Ansägens des Rohblocks. Erfindungsgemäß wird die vorgenannte Verkippung einmalig und in der Multiwire-Säge eingestellt, wohingegen gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise gemäß der DE 197 23 083 A1 , die Einstellung ausschließlich der Ausrichtung von runden Rohblöcken bzw. Rohlingen an die Kristallachsen dient.Another aspect of the present invention relates to the use of a wedge-shaped intermediate plate 4 , like in the 2 shown in a multiwire saw according to the prior art, as this example in the DE 197 23 083 A1 in which the machine mount is aligned parallel to the plane defined by the wire group for realizing a tilt of the semiconductor ingot relative to that of the wire group 3 spanned level and to realize a point contact of ingot and wire group during the phase of the rough ingot. According to the invention, the aforementioned tilting is set once and in the multiwire saw, whereas according to the prior art, for example according to the DE 197 23 083 A1 , the adjustment is only the alignment of round ingots or blanks to the crystal axes.

Wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zum Abtrennen einer Mehrzahl von planparallelen Siliziumwafern von einem quaderförmigen ein- oder polykristallinen Silizium-Rohblock, der beispielsweise nach dem VGF-Verfahren (Vertical-Gradient-Freeze-Verfahren) hergestellt ist. Solchermaßen abgetrennte Siliziumwafer eignen sich insbesondere für Anwendungen in der Photovoltaik. Da diese aufgrund der quaderförmigen Form des Rohblocks nach dem Abtrennen bereits über eine rechteckförmige oder quadratische Grundfläche verfügen, kann der Verschnitt bei der Herstellung von Solarzellen minimiert werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgetrennten Siliziumwafer zeichnen sich durch eine gleichmäßigere Dicke, geringere Maßabweichungen und eine höhere Oberflächengüte insbesondere im Bereich der Kanten aus. Wie dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch grundsätzlich für beliebige Halbleitermaterialien.As the skilled person will be readily apparent that is suitable inventive method, in particular for separating a plurality of plane-parallel silicon wafers of a cuboid single or polycrystalline silicon ingot, for example produced by the VGF method (Vertical Gradient Freeze Method) is. Such separated silicon wafers are particularly suitable for applications in photovoltaics. Because these are due the cuboid shape of the ingot after separation already over a rectangular or square Base area, the blend can be at the production of solar cells are minimized. The according to the invention Process separated silicon wafers are characterized by a more uniform Thickness, smaller deviations and a higher one Surface quality especially in the area of the edges. As will be readily apparent to those skilled in the art, it is suitable However, the inventive method in principle for any semiconductor materials.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19723083 A1 [0005, 0014, 0052, 0052] - DE 19723083 A1 [0005, 0014, 0052, 0052]
  • - EP 1320438 B1 [0006] - EP 1320438 B1 [0006]
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  • - EP 0885679 A1 [0009] EP 0885679 A1 [0009]
  • - DE 102005040343 A1 [0010] - DE 102005040343 A1 [0010]
  • - EP 1110652 A1 [0010] EP 1110652 A1 [0010]
  • - EP 0716910 A2 [0011, 0014] - EP 0716910 A2 [0011, 0014]

Claims (14)

Verfahren zum Abtrennen einer Mehrzahl von Halbleiterscheiben von einem Halbleitermaterial-Rohblock (1), der zumindest eine ebene Seitenfläche aufweist, unter Verwendung einer Drahtsäge, bei der ein sich bewegender Draht um eine Mehrzahl von mit Nuten versehenen Walzen (2) zur Bildung einer Drahtgruppe (3) läuft, die eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden und eine Ebene aufspannenden Teilabschnitten des sich bewegenden Drahtes umfasst, wobei die Mehrzahl von Halbleiterscheiben durch Relativbewegung von Rohblock (1) und Drahtgruppe (3) aufeinander zu abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer der Drahtgruppe (3) zugewandten ebenen Seitenfläche des Rohblocks (1) und der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene zumindest zu Beginn des Abtrennens ein spitzer Winkel (α) eingeschlossen ist, so dass die Drahtgruppe den Rohblock an einer Kante der ebenen Seitenfläche anzusägen beginnt.Method for separating a plurality of semiconductor wafers from a semiconductor raw material block ( 1 ) having at least one flat side surface using a wire saw, in which a moving wire is wound around a plurality of grooved rollers (Fig. 2 ) to form a wire group ( 3 ), which comprises a plurality of mutually parallel and a plane-spanning portions of the moving wire, wherein the plurality of semiconductor wafers by relative movement of ingot ( 1 ) and wire group ( 3 ) are separated, characterized in that between one of the wire group ( 3 ) facing flat side surface of the ingot ( 1 ) and the plane spanned by the wire sections, at least at the beginning of the separation, includes an acute angle (α) so that the wire group begins to saw the ingot at an edge of the planar side surface. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu Beginn des Abtrennens die Teilabschnitte des sich bewegenden Drahts die Kante der ebenen Seitenfläche punkthaft berühren.The method of claim 1, wherein at the beginning of the separation the sections of the moving wire the edge of the plane Touch the side surface punctually. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Punktberührung unter Ausbildung eines durch den spitzen Winkel und die mechanische Vorspannung der Teilabschnitte vorgegebenen Winkels zwischen der von den Teilabschnitten aufgespannte Ebene (3) und der dieser zugewandten Seitenfläche des Rohblocks erfolgt.Method according to Claim 2, in which the point contact is formed by forming an angle between the plane defined by the acute angle and the mechanical pretension of the subsections between the plane ( 3 ) And this facing side surface of the ingot takes place. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verkippung der ebenen Seitenfläche in Bezug zu der von den Teilabschnitten des sich bewegenden Drahts aufgespannten Ebene maximal 5 mm auf 200 bis 800 mm Breite der ebenen Seitenfläche, bevorzugter maximal 3 mm auf 200 bis 800 mm Breite der ebenen Seitenfläche und noch bevorzugter maximal 1 mm auf 200 bis 800 mm Breite der ebenen Seitenfläche beträgt.Method according to one of the preceding claims, wherein a tilt of the flat side surface in relation to that of the sections of the moving wire spanned Level maximum 5 mm on 200 to 800 mm width of the flat side surface, more preferably 3 mm to 200 to 800 mm width of the flat side surface and more preferably at most 1 mm to 200 to 800 mm width of the flat side surface amounts. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend die Schritte: Anbringen des Rohblocks (1) an einer Aufnahme (5, 6) der Drahtsäge; und Einstellen eines Neigungswinkels der ebenen Seitenfläche relativ zu der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene zu Beginn des Abtrennens der Mehrzahl von Halbleiterscheiben, so dass die Drahtgruppe den Rohblock an einer Kante der ebenen Seitenfläche anzusägen beginnt.Method according to one of the preceding claims, further comprising the steps of: attaching the ingot ( 1 ) on a recording ( 5 . 6 ) of the wire saw; and setting an inclination angle of the planar side surface relative to the plane defined by the wire sections at the beginning of separating the plurality of semiconductor wafers so that the wire group starts to suture the ingot at an edge of the planar side surface. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Rohblock (1) mit der Aufnahme (5, 6) über eine keilförmige Zwischenplatte (4) verbunden ist, bevorzugt durch eine Haft- oder Klebeverbindung, die Aufnahme (5, 6) der Drahtsäge parallel zu der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene ausgerichtet ist und der Neigungswinkel bzw. der spitze Winkel (α) durch einen Keilwinkel der keilförmigen Zwischenplatte (4) vorgegeben wird.Method according to claim 5, wherein the ingot ( 1 ) with the recording ( 5 . 6 ) via a wedge-shaped intermediate plate ( 4 ), preferably by an adhesive or adhesive bond, the receptacle ( 5 . 6 ) of the wire saw is aligned parallel to the plane spanned by the wire sections and the angle of inclination or the acute angle (α) by a wedge angle of the wedge-shaped intermediate plate ( 4 ) is given. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Aufnahme (5, 6) der Drahtsäge eine Neigungseinrichtung (8) zugeordnet ist, der Rohblock (1) mit der Aufnahme über eine planparallele Zwischenplatte (4) verbunden ist, bevorzugt durch eine Haft- oder Klebeverbindung, und die Aufnahme (5, 6) durch Verstellung der Neigungseinrichtung (8) dergestalt relativ zu der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene geneigt wird, das zwischen der ebenen Seitenfläche des Rohblocks (1) und der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene der spitze Winkel (α) eingeschlossen ist.Method according to claim 5, wherein the receptacle ( 5 . 6 ) of the wire saw a tilt device ( 8th ), the raw block ( 1 ) with the inclusion of a plane-parallel intermediate plate ( 4 ), preferably by an adhesive or adhesive bond, and the receptacle ( 5 . 6 ) by adjusting the tilting device ( 8th ) is tilted relative to the plane defined by the wire sections, between the flat side surface of the ingot ( 1 ) and the plane spanned by the wire sections of the plane of the acute angle (α) is included. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Rohblock (1) eine weitere ebene Seitenfläche aufweist, die der der Drahtgruppe (3) zugewandten ebenen Seitenfläche gegenüber liegt, parallel zu dieser ausgerichtet ist und über die planparallele Zwischenplatte (4) mit der Aufnahme (5, 6) verbunden ist.Method according to claim 7, wherein the ingot ( 1 ) has a further planar side surface, that of the wire group ( 3 ) facing facing planar side surface, is aligned parallel to this and via the plane-parallel intermediate plate ( 4 ) with the recording ( 5 . 6 ) connected is. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei ein Neigungswinkel der ebenen Seitenfläche des Rohblocks und/oder der dem Rohrblock (1) zugewandten Vorderseite der Zwischenplatte (4) relativ zu der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene bestimmt wird und der Neigungswinkel der ebenen Seitenfläche des Rohblocks und/oder der dem Rohblock (1) zugewandten Vorderseite der Zwischenplatte (4) relativ zu der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene basierend auf der Bestimmung eingestellt wird.Method according to one of claims 5 to 8, wherein an angle of inclination of the flat side surface of the ingot and / or the tube block ( 1 ) facing front of the intermediate plate ( 4 ) is determined relative to the plane defined by the wire sections and the inclination angle of the planar side surface of the ingot and / or the ingot ( 1 ) facing front of the intermediate plate ( 4 ) is set relative to the plane defined by the wire sections based on the determination. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Aufnahme (5, 6) durch Verstellen der Neigungseinrichtung (8) nach dem Beginn des Abtrennens der Mehrzahl von Halbleiterscheiben so verkippt wird, dass eine dem Rohrblock (1) zugewandte Vorderseite der Zwischenplatte (4) zum Ende des Abtrennens parallel zu der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene ist.Method according to claim 7 or 8, wherein the receptacle ( 5 . 6 ) by adjusting the tilting device ( 8th ) is tilted after the beginning of the separation of the plurality of semiconductor wafers such that a tube block ( 1 ) facing front of the intermediate plate ( 4 ) at the end of severing parallel to the plane defined by the wire sections. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Neigungseinrichtung (8) erst verstellt wird, nachdem festgestellt wurde, dass die die Ebene der Drahtgruppe (3) aufspannenden Draht-Teilabschnitte die diesen zugewandte ebene Seitenfläche des Rohblocks (1) über deren gesamte Breite angesägt haben.Method according to claim 10, wherein the inclining device ( 8th ) is first adjusted after it has been determined that the wire group ( 3 ) spanning wire sections the facing this planar side surface of the ingot ( 1 ) have sawn over the entire width. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Abtrennen einer Mehrzahl von planparallelen Siliziumscheiben von einem quaderförmigen ein- oder polykristallinen Silizium-Rohblock (1).Use of the method according to one of the preceding claims for separating a plurality of plane-parallel silicon wafers from a cuboid monocrystalline or polycrystalline silicon ingot ( 1 ). Verwendung einer nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 abgetrennten Siliziumscheibe aus ein- oder polykristallinem Silizium für Anwendungen in der Photovoltaik.Using a method according to any one of Claims 1 to 11 separated silicon wafer from a or polycrystalline silicon for photovoltaic applications. Verwendung einer keilförmigen Zwischenplatte (4), die bevorzugt als Glasplatte ausgebildet ist, oder einer keilförmigen Zwischenplatte bei einer Drahtsäge, bei der ein sich bewegender Draht um eine Mehrzahl von mit Nuten versehene Walzen (2) zur Bildung einer Drahtgruppe (3) läuft, die eine Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden und eine Ebene aufspannenden Teilabschnitten des sich bewegenden Drahts umfasst, zum Einstellen eines Neigungswinkels der von den Draht-Teilabschnitten aufgespannten Ebene relativ zu einer dieser Ebene zugewandten ebenen Seitenfläche eines Halbleitermaterial-Rohblocks (1), der mit der von einer Aufnahme (5, 6) der Drahtsäge aufgenommenen Zwischenplatte (4) verbunden ist, bevorzugt über eine Haupt- oder Klebeverbindung, so dass die Drahtgruppe (3) den Rohblock (1) an einer Kante der ebenen Seitenfläche anzusägen beginnt.Use of a wedge-shaped intermediate plate ( 4 ), which is preferably formed as a glass plate, or a wedge-shaped intermediate plate in a wire saw, in which a moving wire around a plurality of grooved rollers ( 2 ) to form a wire group ( 3 ) comprising a plurality of mutually parallel and a plane-spanning portions of the moving wire, for adjusting an inclination angle of the plane defined by the wire sections relative to a plane side surface of a semiconductor material ingot (FIG. 1 ), that with a recording ( 5 . 6 ) of the wire saw received intermediate plate ( 4 ), preferably via a main or adhesive connection, so that the wire group ( 3 ) the ingot ( 1 ) starts to be sawed on one edge of the flat side surface.
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