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
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Abstract
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.
Eine
weitere Multiwire-Säge, deren Orientierung relativ zu einem
zylindrischen Halbleitermaterial-Rohblock periodisch geändert
werden kann, ist in
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
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:
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
Ein
Motor (nicht gezeigt) ist mit den Walzen
Die
Nachdem
der Rohblock
Typischerweise
beträgt die Kantenlänge des Silizium-Rohblocks
Durch
das Schrägstellen der Drahtgruppe
Durch
die Punktberührung zwischen Unterseite des Rohblocks
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
Die
Eine
solche Verkippung der Maschinenaufnahme
Auch
bei dieser Ausführungsform wird sich die Drahtgruppe
Wie
dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sein wird, kann alternativ
auch die Maschinenaufnahmeplatte
Die
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann die Bestimmungseinrichtung
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann die Bestimmungseinrichtung
Ein
weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung
einer keilförmigen Zwischenplatte
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Effective date: 20120306 |