-
Die
Erfindung betrifft eine Säge-Vorrichtung zum
Sägen von
Siliziumblöcken.
Die Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Sägen
von Siliziumblöcken.
-
Im
Fertigungsprozess der Waferherstellung gibt es einen Prozessschritt,
bei welchem aus Siliziumblöcken
Säulen
geschnitten werden müssen. Hierzu
wird beispielsweise eine Drahtsäge
eingesetzt. Die genaue Ausrichtung des Säge-Drahtes ist Voraussetzung,
um Säulen
mit den korrekten Abmessungen zu erhalten. Die genaue Ausrichtung
des Säge-Drahtes
ist jedoch zeitaufwendig und fehleranfällig.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Säge-Vorrichtung
zum Sägen
von Siliziumblöcken
zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und
11 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, die Position des Säge-Drahtes
mittels einer Überwachungs-Einrichtung zu überwachen.
Hierdurch wird der Benutzer der Säge-Vorrichtung erheblich entlastet. Die
Positionierung des Säge-Drahtes
ist schneller und zuverlässiger
durchführbar
und überwachbar.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Merkmale
und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles
anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 eine
Darstellung der Säge-Vorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
mit einer schematisch dargestellten Steuer-Einrichtung,
-
2 eine
Ansicht von oben des Ausführungsbeispiels
gemäß 1,
-
3 eine
Schnitt-Darstellung entlang der Linie III-III des Ausschnitts gemäß 1,
-
4 eine
Ausschnittsvergrößerung des
Bereichs IV in 3,
-
5 eine
Darstellung der Führungsrillen auf
der Führungsrolle,
-
6 eine
Ansicht einer Führungsstange der Überwachungseinrichtung,
-
7 einen
Schnitt durch die Führungsstange
gemäß 6,
-
8 eine
Ansicht der um 90° gedrehten Führungsstange
gemäß 6,
-
9 eine
Ausschnittsvergrößerung des
Bereichs IX aus 7 und
-
10 eine
schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung des Detektorblocks.
-
Eine
Säge-Vorrichtung 1 zum
Sägen von auch
als Ingots 13 bezeichneten Siliziumblöcken weist einen Rahmen 8 auf,
an welchem mehrere Führungsrollen 3 gelagert
sind. Der Rahmen 8 hat einen viereckigen, insbesondere
einen quadratischen Querschnitt. Hierbei ist jeweils eine drehbare,
insbesondere drehantreibbare Führungs-Welle 9,
auf welcher mehrere Führungsrollen 3 angeordnet
sind, an einer der Seiten des Rahmens 8 angeordnet. Es
sind jeweils mindestens drei, insbesondere mindestens fünf, vorzugsweise
sechs Führungsrollen 3 auf
jeder Führungs-Welle 9 angeordnet.
-
Die
Führungsrollen 3 sind
vorzugsweise äquidistant
auf den Führungs-Wellen 9 angeordnet.
-
Die
Säge-Vorrichtung 1 umfasst
ein als Schneid-Draht 2 ausgebildetes Schneid-Element. Der
Schneid-Draht 2 hat einen Durchmesser DS-D des von
höchstens
0,5 mm, insbesondere höchstens 0,25
mm. Der Schneid-Draht 2 ist
auf den Führungsrollen 3 antreibbar
gelagert. Zum Antrieb des Schneid-Drahtes 2 ist eine nur
schematisch dargestellte Antriebs-Einrichtung 4 vorgesehen. Zur
exakten Positionierung des Schneid-Drahts 2 weisen die Führungsrollen 3 auf
ihrer radialen Oberfläche
jeweils mehrere Führungsrillen 5 auf.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass jede Führungsrolle 3 jeweils mindestens
drei, insbesondere mindestens fünf,
insbesondere mindestens zehn Führungsrillen 5 aufweist.
Benachbarte Führungsrillen 5 haben
einen Abstand DR, gemessen von Mitte zu
Mitte, im Bereich von 1 mm bis 5 mm, insbesondere im Bereich von
1,5 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise im Bereich von 1,9 mm bis 2,1 mm.
Der Schneid-Draht 2 ist insbesondere derart in den Führungsrillen 5 der
Führungsrollen 3 positionierbar,
dass die sich im Inneren des Rahmens 8 kreuzenden Schneid-Drähte 2 zum
Schneiden von Säulen
mit einem quadratischen Querschnitt ein quadratisches Muster bilden.
Die Führungsrillen 5 weisen
einen dreieckigen Querschnitt auf. Sie können jedoch auch U-förmig, das
heißt
abgerundet ausgebildet sein.
-
Die
Führungsrollen 3 mit
den Führungsrillen 5 sind
Teil einer Führungs-Einrichtung 6.
Durch die Anordnung des Schneid-Drahts 2 in den Führungsrillen 5 der
Führungsrollen 3 ist
derselbe mittels der Führungs-Einrichtung 6 entlang
einer vorgegebenen Bahn ausrichtbar.
-
Außerdem umfasst
die Säge-Vorrichtung 1 eine Überwachungs-Einrichtung 7 zum Überwachen der
Position des Schneid-Drahtes 2. Schließlich umfasst die Säge-Vorrichtung 1 eine
Steuer-Einrichtung 10, welche mit der Überwachungs-Einrichtung 7 in datenübertragender
Weise verbunden ist. Bei der Steuer-Einrichtung 10 handelt
es sich insbesondere um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Mittels
der Steuer-Einrichtung 10 ist
die Antriebs-Einrichtung 4 steuerbar. Durch eine Freigabeverweigerung
ist die Antriebs-Einrichtung 4 von der Steuer-Einrichtung 10 insbesondere
stoppbar.
-
Zur
Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit kann die Steuer-Einrichtung 10 mit
einer Eingabe-Einheit 11 in datenübertragender Weise verbunden
sein. Bei der Eingabe-Einheit 11 handelt es sich vorzugsweise
um einen PC.
-
Im
Folgenden wird die Überwachungs-Einrichtung 7 genauer
beschrieben. Die Überwachungs-Einrichtung 7 ist
als selbständiges,
insbesondere nachrüstbares
Modul aus-gebildet. Die Überwachungs-Einrichtung 7 umfasst
vier identisch aufgebaute Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12,
welche jeweils parallel zu einer der Seiten des Rahmens 8 zwischen
einer der Führungsrollen 3 und
dem zu schneidenden Ingot 13 angeordnet sind. Jede Drahtpositionserkennungs-Einheit 12 umfasst
eine Indexstange 14, welche an einem Ende in einem Detektorblock 15 und
am anderen Ende in einem Gegenlager 16 gelagert ist, wobei
die Indexstange 14 entlang ihrer Längsachse verschiebbar ist.
-
Zur
Feinjustierung ihrer Position entlang ihrer Längsachse ist die Indexstange 14 an
ihren beiden Enden jeweils mittels einer Justiermutter 19 ver sehen.
Mittels der Justiermutter 19 ist die Indexstange 14 jeweils
an einer Aufnahme 20 am Detektorblock 15 und am
Gegenlager 16 abgestützt.
-
Die
Lagerung der Indexstange 14 im Detektorblock 15 und
im Gegenlager 16 ist gekapselt. Sie ist dicht, insbesondere
flüssigkeits-
und/oder gasdicht nach außen
abgeschlossen. Hierdurch werden Verunreinigungen der Mechanik der Überwachungs-Einrichtung 7 einerseits
und des zu schneidenden Ingots 13 andererseits zuverlässig verhindert.
Rund um die Aufnahme 20 ist jeweils ein flexibles Dichtungs-Element 21 angeordnet.
Das Dichtungs-Element 21 ist gewellt ausgebildet. Es ist
insbesondere aus Kunststoff und schließt die Aufnahme 20 der
Indexstange 14 im Detektorblock 15 und im Gegenlager 16 dicht
nach außen
ab.
-
Auf
der Indexstange 14 sind jeweils paarweise mehrere Kulissen 17 angeordnet.
Die Kulissen 17 sind scheibenförmig ausgebildet. Die paarweise
angeordneten Kulissen 17 weisen einen Abstand DK auf, welcher größer ist als der Durchmesser
DS-D des Schneid-Drahts 2. Der
Abstand DK ist kleiner als das Doppelte
des Abstands DR zweier benachbarter Führungsrillen 5,
DK < 2 × DR. Es gilt insbesondere DK ≤ 1,5 ≤ DR.
-
Die
Anzahl und Anordnung der paarweisen Kulissen 17 entspricht
gerade der Anzahl und Anordnung der Führungsrollen 3. Es
ist insbesondere jeder Führungsrolle 3 ein
Kulissenpaar zur Überwachung der
Position des über
diese Führungsrolle 3 geführten Schneid-Drahts 2 zugeordnet.
Entsprechend ist jeder Führungsrille 5 jeweils
eine Indexposition der Indexstange 14 zugeordnet. Die Anzahl
der Indexpositionen der Indexstange 14 entspricht mit anderen Worten
gerade der Anzahl der Führungsrillen 5 auf den
zugehörigen
Führungsrollen 3.
Hierbei ist die Anordnung der Kulissenpaare auf der Indexstange 14 gerade
so justiert, dass eine Projektion der Posi tion der Führungsrillen 5 auf
den Führungsrollen 3 in Richtung
senkrecht zur Indexstange 14 auf diese bei entsprechender
Einstellung der Indexposition der Indexstange 14 jeweils
gerade mittig zwischen die zwei Kulissen 17 eines Kulissenpaares
fällt.
-
Die
Kulissen sind auf der Indexstange 14 verschiebbar angeordnet.
Ihre Position ist somit flexibel an die Anordnung der Führungsrollen 3 der
Säge-Vorrichtung 1 anpassbar.
Sie sind mittels Feststellschrauben 18 in Richtung der
Indexstange 14 fixierbar.
-
Sowohl
die Kulissen 17 als auch die Indexstange 14 sind
aus einem stromleitenden Material. Sie sind insbesondere aus Metall.
-
Im
Detektorblock 15 wirkt die Indexstange 14 mit
einem Raster 22 zusammen. Das Raster weist mehrere parallel
zueinander angeordnete Rasterscheiben 23 auf. Jeweils zwischen
zwei Rasterscheiben 23 ist eine Indexposition 24 gebildet,
in welche ein an der Indexstange 14 angeordnetes Einrast-Element 25 einrastbar
ist. Die Anzahl der Indexpositionen 24 entspricht gerade
der Anzahl der Führungsrillen 5.
Zwei benachbarte Indexpositionen 24 sind in einem Abstand
DI zueinander angeordnet, welcher exakt
dem Abstand DR zweier benachbarter Führungsrillen 5 entspricht,
DI = DR.
-
Das
Einrast-Element 25 ist derart ausgebildet, dass es jeweils
in der Indexposition 24 zwischen zwei Rasterscheiben 23 verrastbar
ist. Das Einrast-Element 25 ist
insbesondere als eine in einer Rohrhülse 26 gegen den Widerstand
einer Schraubendruckfeder 27 verschiebbar geführte Metallkugel 28 ausgebildet.
-
Die
Rasterscheiben 23 sind aus einem elektrisch leitendem Material,
insbesondere aus Metall, vorzugsweise aus Stahl. Mittels der Metallkugel 28 des
Einrast-Elements 25 ist ein elektrischer Kontakt zwischen
zwei benachbarten Rasterscheiben 23 herstellbar.
-
Im
Detektorblock 15 ist ein Fenster 29 vorgesehen,
durch welches die jeweilige Indexposition 24 des Einrast-Elements 25 und
somit die genaue Positionierung der Indexstange 14 sichtbar
ist. Anstelle des Fensters 29 kann selbstverständlich auch
eine alter-native Anzeige der Indexposition 24 des Einrast-Elements 25 vorgesehen
sein.
-
Die
einzelnen Rasterscheiben 23 sind jeweils mit der Steuer-Einrichtung 10 elektrisch
verbunden. Die Verschaltung der Rasterscheiben 23 mit der
Steuer-Einrichtung 10 ist schematisch in 10 dargestellt.
Die nebeneinander liegenden Rasterscheiben 23 in einem
Detektorblock 15 sind jeweils alternierend mit Eingängen 30 und
Ausgängen 31 der Steuer-Einrichtung 10 verbunden.
Jeweils einer der Ausgänge 31 ist
mit den bezüglich
ihrer Position einander entsprechenden Rasterscheiben 23 der
vier Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12 verbunden. So
ist insbesondere der erste Ausgang 31 jeweils mit der zweiten
Rasterscheibe 23 jeder der vier Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12 elektrisch
verbunden, der zweite Ausgang 31 mit den vierten Rasterscheiben 23,
der dritte Ausgang 31 mit den sechsten Rasterscheiben 23,
der vierte Ausgang 31 mit den achten Rasterscheiben 23 und
der fünfte
Ausgang 31 mit den zehnten Rasterscheiben 23.
Entsprechend ist jeweils die erste, fünfte und neunte Rasterscheibe 23 jeweils
einer Drahtpositionserkennungs-Einheit 12 mit einem der
Eingänge 30 sowie
jeweils die dritte, siebte und elfte Rasterscheibe 23 jeweils
einer der Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12 mit einem weiteren
der Eingänge 30 der
Steuer-Einrichtung 10 elektrisch verbunden. Die Steuer- Einrichtung 10 umfasst
somit acht Eingänge 30.
Durch eine sequentielle Ansteuerung der Ausgänge 31 und Auswertung der
antwortenden Eingänge 30 lässt sich
somit mittels der Steuer-Einrichtung 10 die Indexposition 24 der
Metallkugeln 28 und damit die genaue Positionierung aller
vier Indexstangen 14 auf einfache Weise bestimmen.
-
Mittels
der Indexstangen 14 der Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12 ist
eine Soll-Position für den
Schneid-Draht 2 vorgebbar. Im Falle einer Abweichung von
dieser mittels der Indexstangen 14 vorgegebenen Soll-Position liegt der
Schneid-Draht 2 an mindestens einer der Kulissen 17 an.
Eine Abweichung der tatsächlichen
Position des Schneid-Drahtes 2 von der vorgegebenen Soll-Position
ist daher durch einen Masseschluss zwischen mindestens einer der
Kulissen 17 und dem Schneid-Draht 2 detektierbar
und führt
zu einem Signal von der Steuer-Einrichtung 10, welches
einen Maschinenstopp der Säge-Vorrichtung
bewirkt.
-
Bei
einer Übereinstimmung
der tatsächlichen Position
des Schneid-Drahtes 2 mit der mittels der Überwachungs-Einrichtung 7 vorgegebenen
Soll-Position verläuft der
Schneid-Draht 2 vollständig
berührungsfrei
zwischen den Kulissen 17 der vier Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12.
-
Um
beim Schneiden des Ingots 13 Säulen mit einem bestimmten,
insbesondere einem quadratischem Querschnitt, zu erhalten, müssen die
Stellungen der Indexstangen 14 aufeinander abgestimmt werden.
Um diese Abstimmung sicherzustellen, ist die Steuer-Einrichtung 10 derart
an die Überwachungs-Einrichtung 7 gekoppelt,
dass sie bei einer unerwünschten
Stellung mindestens einer der Indexstangen 14 die Freigabe
der Säge-Vorrichtung 1 verweigert.
-
Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Sägen des Ingots 13,
insbesondere eines Siliziumblocks, mittels der erfindungsgemäßen Säge-Vorrichtung 1 beschrieben.
Zunächst
bestimmt der Benutzer gegebenenfalls, welche Abmessungen die zu
schneidenden Säulen
im Querschnitt haben sollen. Abhängig hiervon
werden die Führungsrollen 3 dafür passend auf
den Führungswellen 9 angeordnet.
Sofern die Führungsrollen 3 ortsfest
auf den Führungswellen 9 angeordnet
sind, entfällt
dieser Schritt selbstverständlich.
-
Alsdann
wählt der
Benutzer aus, in welche der Führungsrillen 5 der
Schneid-Draht 2 eingelegt werden soll. Da sich die Führungsrillen 5 beim
Gebrauch der Säge-Vorrichtung 1 abnutzen,
muss der Schneid-Draht 2 von Zeit zu Zeit in jeweils neue,
bislang unbenutzte Führungsrillen 5 eingelegt
werden. Zur Auswahl der Führungsrillen 5 werden
die Indexstangen 14 der vier Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12 in
die gewünschte
Indexposition 24 im Detektorblock 15 geschoben.
Somit wird mittels der Überwachungs-Einrichtung 7 eine
Soll-Position für den
Schneid-Draht 2 vorgegeben. Die Steuer-Einrichtung 10,
welche an die Überwachungs-Einrichtung 7 in
datenübertragenderweise
gekoppelt ist, gibt die Säge-Einrichtung 1 nur
dann zum Betrieb frei, wenn sich alle Indexstangen 14 in
einer erlaubten Position befinden. Als erlaubte Positionen werden
hierbei diejenigen Positionen bezeichnet, welche zu einem vom Benutzer
gewünschten
Querschnitt der zu schneidenden Säulen führen. Erlaubte Positionen sind
insbesondere diejenigen, welche zu einem quadratischen Querschnitt
der zu schneidenden Säulen führen. Die
jeweilige Position der vier Indexstangen 14 ist vorzugsweise
direkt über
die Eingabe-Einheit 11 erkennbar. Vorzugsweise ist es auch
denkbar, die Positionierung der vier Indexstangen 14 automatisiert
mittels der Eingabe-Einheit 11 zu steuern. Die von der Überwachungs-Einrichtung 7 vorgegebene Soll-Position
bestimmt, in welche der Führungsrillen 5 der
Schneid-Draht 2 auf die Führungsrollen 3 aufgelegt
werden muss, um berührungsfrei
zwischen den Kulissen 17 zu verlaufen. Wird der Schneid-Draht 2 an
mindestens einer Stelle nicht korrekt, das heißt nicht gemäß der mittels
der Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12 vorgegebenen Soll-Positionen
auf die Führungsrollen 3 aufgelegt, kommt
es zu einer Berührung
des Schneid-Drahts 2 mit mindestens einer der Kulissen 17,
welche als Masseschluss zwischen dem Schneid-Draht 2 und dieser,
das heißt
zum Masseschluss zwischen dem Schneid-Draht 2 und der Überwachungs-Einrichtung 7,
detektiert wird. Vorzugsweise weist die Eingabe-Einheit 11 eine
Anzeige auf, aus welcher ersichtlich ist, auf welcher Seite und/oder
an welchen Kulissen 17 es zum Masseschluss gekommen ist.
Hierdurch wird die korrekte Auflegung des Schneid-Drahts 2 von
der Überwachungs-Einrichtung 7 überwacht.
Die Überwachungs-Einrichtung 7 erzeugt
hierbei ein Signal in Abhängigkeit
von der tatsächlich
ermittelten Position des Schneid-Drahts 2. Bei dem Signal
kann es sich um ein optisches und/oder akustisches Signal handeln.
Insbesondere wird eine Abweichung der tatsächlichen Position des Schneid-Drahts 2 von
der Soll-Position
durch ein von einem Masseschluss zwischen dem Schneid-Draht 2 und
mindestens einer der Kulissen 17 ausgelöstes Signal angezeigt. Außerdem wird
bei einer Abweichung der tatsächlichen
Position des Schneid-Drahts 2 von
der Soll-Position die Freigabe der Säge-Vorrichtung 1 verweigert.
Der Benutzer wird daraufhin die Position des Schneid-Drahts 2 in
den Führungsrillen 5 entsprechend
korrigieren.
-
Während des
Säge-Vorgangs
wird die Position des Schneid-Drahts 2 fortwährend mit
der Überwachungs-Einrichtung 7 überwacht.
Eine Abweichung des Schneid-Drahts 2 von der mittels der
vier Drahtpositionserkennungs-Einheiten 12 vorgegebenen
Soll-Position führt
auf die oben beschriebene Weise zu einem Masseschluss mit der Überwachungs- Einrichtung 7,
welche einen Maschinenstopp der Säge-Vorrichtung 1 zufolge
hat. Entsprechend führt
eine unerwünschte
Verschiebung einer der Indexstangen 14 zu einem Maschinenstopp
der Säge-Vorrichtung 1.
-
Das
Auflegen des Schneid-Drahts 2 auf die Führungsrollen 3 ist
aufgrund der Überwachungs-Einrichtung 7 unanfällig gegen
Fehler des Benutzers. Dies führt
zu offensichtlichen, wirtschaftlichen Vorteilen.