WO2011050945A1 - Wire saw comprising a wire web and cleaning nozzles - Google Patents

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WO2011050945A1
WO2011050945A1 PCT/EP2010/006541 EP2010006541W WO2011050945A1 WO 2011050945 A1 WO2011050945 A1 WO 2011050945A1 EP 2010006541 W EP2010006541 W EP 2010006541W WO 2011050945 A1 WO2011050945 A1 WO 2011050945A1
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WO
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wire
nozzle
field
wire saw
cutting
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/006541
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Antonio Deagostini
Simon Habegger
Original Assignee
Meyer Burger Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meyer Burger Ag filed Critical Meyer Burger Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28DWORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0076Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for removing dust, e.g. by spraying liquids; for lubricating, cooling or cleaning tool or work

Definitions

  • the present invention relates to a wire saw with a cutting wire-equipped wire field in which at least one nozzle radiates the cutting chips from the wire field at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid.
  • the present invention relates to a wire saw with a cutting wire-equipped wire field in which at least one nozzle radiates the cutting chips from the wire field at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid.
  • Invention directed to appropriate cutting methods and uses with this wire saw.
  • the semiconductor and photovoltaic industries use crystalline silicon for the manufacture of computer chips and photovoltaic systems.
  • the by the manufacturer as a single crystal (ingot) or polycrystalline block (brick) with weights of up to several hundred kilograms provided raw silicon undergoes a series of cutting processes that convert the crude crystals into a parallelepiped, which then cut into thin to gauzy slices (wafers) which are cleaned, post-treated and then finally processed for the respective application.
  • a wire saw typically consists of two wire guide rollers with high-precision and fine grooves which guide a thin steel or bladed steel wire.
  • the wire tension between the guide rollers creates a wire field that turns into one or alternating by quickly turning the guide rollers
  • wire saws a distinction is made between wire-coated wire saws and separating liquid (eg DS 261, 264, 265 and 266 from Meyer Burger AG, Thun, Switzerland), which mostly consist of the cutting agent silicon carbide or diamond powder and viscous, aqueous or organic carrier liquids such as glycol. as well as wire saws with cutting-wire-studded wire, usually a diamond-studded wire (eg DS 265 and DS 264 equipped with diamond wire, CR 200 from Meyer Burger AG, Thun, Switzerland).
  • slurry wire sawing separation is effected by the lapping (chipping) action of the cutting means entrained in the suspension by the wire and by wire sawing through the cutting means fixedly connected to the wire.
  • compositions of these liquids vary depending on the task and need from thin to highly viscous or thixotropic, aqueous, organic or mixed, and often contain conventional additives such as lubricants or anti-caking agents, stabilizers, preservatives, so-called EP additives (extreme pressure additives ), Viscosity or thixotropy-promoting substances, emulsifiers, solubilizers, etc.
  • conventional additives such as lubricants or anti-caking agents, stabilizers, preservatives, so-called EP additives (extreme pressure additives ), Viscosity or thixotropy-promoting substances, emulsifiers, solubilizers, etc.
  • the surface finish of thin-sliced wafers using wire saws is critical to the quality of the resulting products for the semiconductor and photovoltaic industries.
  • Post-processing of surface irregularities is cost-intensive and, due to the small layer thickness and brittleness of the wafers, is only possible to a limited extent.
  • the cutting chips fed from the parallel cutting grooves and adhering to the wires by means of the cooling liquid cause temporary and irregular offsetting of individual or fewer wires and thus irregularities of the cutting surface as the cutting chips enter the grooves of the wire guide rollers .
  • the wire band is sprayed with the cooling liquid to apply the liquid and cutting chip residues from the wire before reaching the wire guide rollers
  • these methods should lead to improved products, in particular silicon wafers, whose surfaces are advantageously suitable for use in semiconductor products such as computer chips and photovoltaic systems.
  • This object is achieved in a first aspect by the provision of a wire saw with schneidstoffbegeem wire field, in which at least one nozzle radiates the cutting chips from the wire field at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid.
  • the at least one nozzle can be arranged above and / or below the wire field.
  • it is arranged above the wire field.
  • the at least one nozzle is arranged outside, laterally of at least one of, preferably two, wire guide rollers.
  • the at least one nozzle thus radiates from the outside left and / or right on the wire-guiding round surface of the wire guide roller (s). This lateral, outer-side arrangement avoids that the dirt and chips adhering to the nozzle and also emitted by the nozzle fall onto the wire field.
  • the at least one nozzle is arranged between the upper and the lower wire field and the wire guide rollers and preferably radiates the lower wire field towards the middle of the wire field.
  • the vertical beam angle is preferably 10 to 70 degrees, and more preferably about 45 or about 60 degrees toward the lower wire field
  • the horizontal beam angle to the running direction of the wire field is preferably 0 degrees (ie parallel to the wire field)
  • the pressure of the liquid on the wire field is preferably 0.5 to 10 bar, more preferably 1 to 5 bar, and most preferably about 1, 5 or about 2 bar.
  • the at least one nozzle can be arranged along the entire wire field between the wire guide rollers and the cut material, as long as the at least one nozzle is positioned so that at operating pressure, the cutting chips from the wire field at least over the width of
  • Cutting surface of the wire field radiates with liquid.
  • the at least one nozzle is usually arranged in close spatial proximity to the radiating surface on the wire field in order to avoid pressure losses.
  • the at least one nozzle is arranged so that it radiates the cutting chips from the wire field in the region of the central axis to the inner edge of the wire guide roller.
  • the cutting chips need not be radiated from the entire area of the wire field, but only at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid, so that the
  • the above-mentioned transition region of the wire field to the wire guide roller begins where the wire field is for the first time directly above the inner edge of the guide roller, and ends where the wire field comes into contact with the guide roller, usually above the longitudinal axis of the roller. Accordingly, the width of this area is the radius of the guide roller.
  • Said transition region has been found to be particularly advantageous for blasting the material to be cut with nozzles, since the pressure of the nozzles has no appreciable influence on the alignment of the wire field in the material to be cut due to the distance to the material to be cut and also stabilizes the wire field already by the grooves of the guide rollers is that a significant Abstrahltig can be exercised, which optimally cleans the wire field, but can not lead to misalignment of the wires.
  • the at least one nozzle is arranged at least on the side leading away from the item to be cut, since there the new cutting chips are obtained.
  • at least one, for example, additional nozzle on the cutting material facing side be advantageous to eliminate residues of cutting material or in the case of alternating directions of the wire field.
  • the inventive wire saw also relates to those in which at least two nozzles radiate the cutting chips from the wire field, preferably in the region of the central axis to the inner edge of the preferably two wire guide rollers.
  • the at least one nozzle of the wire saw according to the invention radiates the cutting chips from the wire field at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid, i. before contacting the cutting chips with the wire guide rollers.
  • the vertical angle of the nozzle (s) to the wire array is 90 ° (vertical) or less (pointed), preferably 0 to 70 or 10 to 60 °, more preferably 15 to 55 ° or 20 to 50 ° preferably about 60 ° or about 45 °.
  • the vertical beam angle is the angle at which the fluid hits the wire field. An acute angle is due to its directional sliding effect on the
  • the liquid can be irradiated parallel to the running direction of the wire field or laterally offset from the running direction of the wire field in order to deflect the cutting chips in a single direction sideways from the wire field.
  • the horizontal angle of the at least one nozzle to the running direction of the wire field is 0 to 60 °, preferably 0 to 45 °, more preferably 0 to 30 °, most preferably 0 to 15 °. The sharper the angle, the lower the sideways deflecting forces on the wire field.
  • the at least one nozzle can be aligned in the direction of material to be cut (inwards) or in the direction of the wire guide roller (outwards).
  • the at least one nozzle is aligned in the direction of the material to be cut, and the liquid therefrom radiates the cutting chips in the direction of the material to be cut.
  • the at least one nozzle can be fixed at a distance to the wire field, but also in the vertical or horizontal angle of attack or be variably adjustable and optionally also discontinuously or continuously varied in position.
  • the at least one nozzle may vary continuously at a vertical angle between 90 and 30 degrees, and / or periodically move the liquid in a direction sideways from the wire field. radiate.
  • the distance of the at least one nozzle to the wire field and the vertical and horizontal alignment to the wire field depends, inter alia, on the nozzle geometry, the fluid pressure, the cutting chips transported by the wire field in quantity and adhesion force on the wire field, etc. The expert will optimize these depending on the specification of the cutting process.
  • the at least one nozzle can be adjusted manually or automatically so that it can be used for pre-cleaning the cut wafer in the wire saw apparatus.
  • the wire saw according to the invention is such that the vertical beam angle and / or the horizontal beam angle of the at least one nozzle are variable and preferably varied during cutting, more preferably are varied periodically or continuously during cutting.
  • the vertical beam angle is about 45 ° or about 60 ° to the wire field and / or the horizontal beam angle is about 0 ° of the at least one nozzle.
  • the at least one nozzle is preferably in the direction of food to be cut, i. aligned inward to the wire center.
  • the wire saw according to the invention also differs from those of the prior art in that at least one nozzle applies a liquid under pressure to the wire field at least across the width of the cut surface of the wire field.
  • the fluid pressure on the wire field should be sufficient to radiate the unwanted cutting chips from the wire field prior to contact with the wire guide rollers.
  • the necessary fluid pressure therefore clearly depends on the distance nozzle-wire field and the vertical and horizontal beam angle.
  • blasting in the sense of the invention means that the fluid pressure strikes the cutting chips directed from the wire field in the sense of a liquid puller.
  • the pressure which the liquid exerts on the wire field in the direct contact area is in the range between 0.5 and 10 bar, preferably 1 and 10, more preferably 1 and 5, even more preferably 2 and 5 bar , most preferably 2 and 4 bar.
  • the pressure here is the average pressure in the direct contact area (impact surface).
  • the cutting means fixed to the wire are preferably those which are selected from the group consisting of silicon carbide, diamond and boron carbide
  • Silicon carbide and diamond most preferably diamond.
  • liquid nozzles in the sense of the invention are less suitable because they would otherwise remove the cutting means from wire.
  • the liquid used in the at least one nozzle is preferably also suitable for cooling, lubrication and rinsing of the material to be cut, in addition to the mechanical removal action of the cutting chips.
  • it is substantially aqueous and preferably comprises additives selected from the group consisting of lubricants or lubricants, viscosity or thixotropy-promoting substances, corrosion inhibitors, stabilizers, preservatives, extreme pressure additives (EP) additives, emulsifiers, solubilizers.
  • width of the cut surface denotes the width of the wire field which is guided through the material to be cut, The liquid from the at least one nozzle should at least free this width of the wire field from cutting chips.
  • the invention relates to a method for cutting hard, preferably brittle solids, preferably metals and semi-metals, preferably selected from the group of monocrystalline and polycrystalline silicon crystals, ceramics, sapphire and germanium, characterized in that the solid by the Wire field performed a wire saw according to the invention, ie respectively.
  • a third aspect of the invention relates to the use of a wire saw according to the invention for cutting hard, preferably brittle solids, preferably metals and semi-metals, preferably selected from the group of monocrystalline and polycrystalline silicon crystals, ceramics, sapphire and germanium, in particular mono- or polycrystalline silicon for the production of silicon wafers.
  • hard, preferably brittle solids, preferably metals and semi-metals preferably selected from the group of monocrystalline and polycrystalline silicon crystals, ceramics, sapphire and germanium, in particular mono- or polycrystalline silicon for the production of silicon wafers.
  • Fig. 1 shows schematically a wire saw (1) with schneidstoffbepatem wire field (2), the two guide rollers (3a, 3b) rotates, in which the cuboid cutting material (4) from above through the wire array (2) is guided.
  • FIGS. 2a to 2c are graphs showing the measurement results of silicon wafers cut in accordance with the wire-fence embodiments with the trickle function or nozzles of FIGS. 3a to 3c in the example.
  • the graphic at the top left shows the average wafer thickness (thickness).
  • the graph at the top right shows the thickness variation within the measured wafer.
  • the graph below left shows the depth of the saw marks within 1 mm.
  • the graphic below shows the saw marks within 5 mm.
  • FIG. 2a shows the measurement results when the wire saw is equipped with nozzle rows on both sides and trickle function (standard nozzles in standard position) according to FIG. 3a.
  • Fig. 2b shows the measurement results when equipped with the wire saw with two-sided nozzle rows with a pressure of 1, 5 bar at a vertical angle of 45 ° to the wire field and a horizontal angle of 0 ° (parallel to the wire field) according to FIG. 3b.
  • Fig. 2c shows the measurement results when equipping the wire saw with double-sided nozzle rows with a pressure of 1, 5 bar directly in front of the wafer drawer on the wire guide rollers at a vertical angle of 60 ° to the wire field and a horizontal angle of 0 ° (parallel to the wire field) according to Fig. 3c.
  • Figs. 3a to 3c show wire saw arrangements with which the results shown in FIGS. 2a to 2c have been worked out.
  • Fig. 3a shows the photo of a conventional wire saw with conventional trickle on both sides, in particular the hexagonal Schneidgut (4), a polycrystalline ingot, which depends on the slowly lowering Schneidgut amount (10), and the two trickle tubes, from which cooling and rinsing over Guiding plates on the wire field (2) is running.
  • Fig. 3b shows the photograph of the conventional wire saw of Figure 1 without trickle arrangement, but with double-sided nozzle assembly (5) with a vertical angle of about 45 degrees to the wire field (ie horizontal), a horizontal angle of 0 degrees (parallel to the wire field) with alignment in Direction to be cut (4) on the material to be cut (10).
  • Figure 3c shows the photograph of the conventional wire saw of Figure 1 without a trickle arrangement, but with two nozzle arrays (5) having a vertical beam angle of about 60 degrees to the lower wire field (ie horizontal), a horizontal angle of 0 degrees (parallel to the wire field) with alignment towards the lower wire center (2), these nozzle arrangements (5) are located directly in front of or on the wafer drawer, which delimits the wire guide rollers from the cutting space.
  • the material to be cut (4) is lowered during operation from above through the upper wire field and cut so.
  • Polycrystalline ingots were first cutted by means of a band saw of the type BS806 or BS805 (Meyer-Burger AG), the melting caps were removed, then kneaded and then "cutted” again by means of an internal hole saw type TS207 (Meyer-Burger AG) only water was used in each of these processes.
  • the resulting cuboid was then divided into twelve approximately equal sized bricks in the format 156 x 156 mm by means of the band saw mentioned above. Before further processing, the side surfaces were smoothed as usual.
  • the coolant used was city water with 5% of customary additives (TP714, Meyer-Burger, Steffisburg, Switzerland) with a pH of 7.2. It was cut in pendulum mode, ie about 1000 m forward and 900 m backwards, so that continuously 100 m of new wire were inserted.
  • the coolant passed through various filter stages, 20 pm conveyor belt, 10 pm bag filter and then 5 pm filter cartridges. A cut took about three hours, depending on the recipe, regardless of the length of the bricks.
  • the finished cut wafers were then removed from the sawing device, immersed in clean coolant of the same concentration (5% by volume, pH value as before) and transferred to the pre-cleaning.
  • the adhesive was removed as usual with acetic acid at 40 ° C and the wafers then passed through a conventional cleaning system (Schmid Wafer cleaning plant, Gebr. Schmid GmbH + Co., Freudenstadt, Germany). Thereafter, the clean and dry wafers were inspected by means of a conventional device (measuring system HE-WIS-04 Henneke Systems GmbH, Zülpich, Germany) and examined for geometric quality features.
  • FIGS. 2a to 2c The results of the wafers cut with these wire saws with trickle and nozzle arrangements are graphically summarized in FIGS. 2a to 2c.
  • substantially less water is applied to the wire field with the spray nozzles of the arrangements 3b and 3c, which leads to a reduction in the turbulence at the two block ends.
  • the wire field is also quieter which results in a lower dispersion of the values of the average thickness variation, the saw marks within 1 mm and the saw marks within 5 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

The present application relates to a wire saw (1) comprising a wire web (2) equipped with cutting means, wherein at least one nozzle (5) blasts the cutting chips from the wire web (2) at least over the width of the cutting surface of the wire web (2) using liquid. Furthermore, the application relates to related cutting methods and to uses of said wire saw (1).

Description

Drahtsäge mit Drahtfeld und Reinigungsdüsen  Wire saw with wire field and cleaning nozzles
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drahtsäge mit schneidmittelbesetztem Drahtfeld, bei der wenigstens eine Düse die Schneidspäne vom Drahtfeld wenigstens über die Breite der Schnittfläche des Drahtfeldes mit Flüssigkeit abstrahlt. Zudem ist die The present invention relates to a wire saw with a cutting wire-equipped wire field in which at least one nozzle radiates the cutting chips from the wire field at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid. In addition, the
Erfindung auf entsprechende Schneidverfahren und Verwendungen mit dieser Drahtsäge gerichtet. Invention directed to appropriate cutting methods and uses with this wire saw.
Die Halbleiter- und Photovoltaikindustrie verwendet für die Herstellung von Computerchips und Photovoltaikanlagen kristallines Silizium. Das vom Hersteller als Einkristall- (Ingot) oder Polykristallblock (Brick) mit Gewichten von bis zu mehreren hundert Kilogramm bereitgestellte Rohsilizium durchläuft eine Reihe von Schneid verfahren, die die Rohkristalle in einen Quader überführen, der dann in dünne bis hauchdünne Scheiben (Wafer) geschnitten wird, die gereinigt, nachbehandelt und dann für den jeweiligen Einsatz endverarbeitet werden. The semiconductor and photovoltaic industries use crystalline silicon for the manufacture of computer chips and photovoltaic systems. The by the manufacturer as a single crystal (ingot) or polycrystalline block (brick) with weights of up to several hundred kilograms provided raw silicon undergoes a series of cutting processes that convert the crude crystals into a parallelepiped, which then cut into thin to gauzy slices (wafers) which are cleaned, post-treated and then finally processed for the respective application.
Nach dem Zuschneiden der Ingots oder Bricks mittels so genannter Innenloch-, Aussen-, Band-, Draht- und Trennsägen in Quader und Oberflächenbehandlung werden diese dann üblicherweise mit Drahtsägen (DS265, DS264 und DS271) in oft tausende dünne bis hauchdünne Scheiben getrennt. After cutting the ingots or bricks by means of so-called inner hole, outer, band, wire and dicing saws in cuboid and surface treatment, these are then usually cut with wire saws (DS265, DS264 and DS271) into thousands of thin to very thin slices.
Eine Drahtsäge besteht typischer Weise aus zwei Drahtführungsrollen mit hochpräzisen und feinen Rillen, die einen dünnen Stahl- oder schneidmittelbesetzten Stahldraht führen. Durch die Drahtspannung zwischen den Führungsrollen entsteht ein Drahtfeld, dass sich durch schnelles Drehen der Führungsrollen in eine oder alternierende A wire saw typically consists of two wire guide rollers with high-precision and fine grooves which guide a thin steel or bladed steel wire. The wire tension between the guide rollers creates a wire field that turns into one or alternating by quickly turning the guide rollers
Richtungen bewegt und so die Ingots und Bricks mittels gebundenem Schneidmittel oder mitgeführter Läppsuspension (auch Zerspanungssuspension genannt) in hauchdünne Scheiben schneidet. Bei Drahtsägen unterscheidet man Slurry-Drahtsägen mit Draht und Trennflüssigkeit (z.B. DS 261 , 264, 265 und 266 der Meyer Burger AG, Thun, Schweiz), die meist aus dem Schneidmittel Siliziumcarbid oder Diamantpulver und viskosen, wässrigen oder organischen Trägerflüssigkeiten wie Glykol bestehen, sowie Drahtsägen mit schneidmittelbesetztem Draht, meist ein diamantbesetzter Draht (z.B. DS 265 und DS 264 in der Ausstattung mit Diamantdraht, CR 200 der Meyer Burger AG, Thun, Schweiz). Beim Slurry-Drahtsägen erfolgt die Trennung durch die läppende (zerspanende) Wirkung der in der Suspension von dem Draht mitgeführten Schneidmittel und beim Drahtsägen durch die fest mit dem Draht verbundenen Schneidmittel. Moved directions and so the ingots and Bricks using bonded cutting means or entrained Läppsuspension (also called Zerspanungsuspension) in gossamer slices. In wire saws, a distinction is made between wire-coated wire saws and separating liquid (eg DS 261, 264, 265 and 266 from Meyer Burger AG, Thun, Switzerland), which mostly consist of the cutting agent silicon carbide or diamond powder and viscous, aqueous or organic carrier liquids such as glycol. as well as wire saws with cutting-wire-studded wire, usually a diamond-studded wire (eg DS 265 and DS 264 equipped with diamond wire, CR 200 from Meyer Burger AG, Thun, Switzerland). In slurry wire sawing, separation is effected by the lapping (chipping) action of the cutting means entrained in the suspension by the wire and by wire sawing through the cutting means fixedly connected to the wire.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Da Silizium ein extrem hartes und sprödes Metall ist und zudem in der Herstellung sehr teuer ist, ist der Verlust beim Sägen durch Kerbschneidgut und Ausschuss unbedingt zu minimieren. Um konstante Sägeleistungen zu erzielen und die mit dem Silizium in Kontakt stehenden Schneidmittel wie Drähte, Bänder und Scheiben nicht zu überhitzen, kommt bei allen Schneidverfahren eine Kühlflüssigkeit zum Einsatz. Diese übernimmt je nach Sägetyp neben der Kühlleistung auch noch weitere Aufgaben wie den Transport des Schneidmittels, z.B. Diamant- oder Siliziumcarbidpulver, bei auf Slurries basierenden Drahtsägen, dient als Schmier- oder Gleitmittel und/oder Reinigungsmittel zur Aufnahme und Abtransport von Schneidgut. Die Zusammensetzungen dieser Flüssigkeiten variieren je nach Aufgabe und Bedarf von dünnflüssig bis hochviskos oder auch thixotrop, wässrig, organisch oder gemischt, und enthalten oft übliche Additive wie Schmier- oder Gleitmittel, Korrosionsschutzmittel, Stabilisatoren, Konservierungsmittel, sog. EP-Zusätze (extreme pressure additives), Viskositäts- oder Thixotropie-vermittelnde Substanzen, Emulgatoren, Lösungsvermittler, etc. CONFIRMATION COPY Since silicon is an extremely hard and brittle metal and is also very expensive to manufacture, it is essential to minimize the loss of sawing by notching and rejects. In order to achieve consistent sawing performance and not overheat the cutting means such as wires, tapes and disks in contact with the silicon, a cooling fluid is used in all cutting processes. This takes depending on the type of saw in addition to the cooling performance also other tasks such as the transport of the cutting means, such as diamond or silicon carbide powder in slurries based wire saws, serves as a lubricant or lubricant and / or cleaning agent for receiving and transporting cutting material. The compositions of these liquids vary depending on the task and need from thin to highly viscous or thixotropic, aqueous, organic or mixed, and often contain conventional additives such as lubricants or anti-caking agents, stabilizers, preservatives, so-called EP additives (extreme pressure additives ), Viscosity or thixotropy-promoting substances, emulsifiers, solubilizers, etc.
Die Oberflächenbeschaffenheit der mittels Drahtsägen in dünne Scheiben geschnittenen Wafer ist entscheidend für die Qualität der daraus herstellbaren Produkte für die Halbleiter- und Photovoltaikindustrie. Eine Nachbearbeitung von Oberflächenunregelmässig- keiten ist kostenintensiv und wegen der geringen Schichtdicke und Sprödigkeit der Wafer nur beschränkt möglich. The surface finish of thin-sliced wafers using wire saws is critical to the quality of the resulting products for the semiconductor and photovoltaic industries. Post-processing of surface irregularities is cost-intensive and, due to the small layer thickness and brittleness of the wafers, is only possible to a limited extent.
Insbesondere bei Drahtsägen mit Feldern aus schneid mittelbesetztem Draht führt die aus den parallelen Schneidkerben geförderte und mittels der Kühlflüssigkeit an den Drähten haftende Schneidspäne zum zeitweiligen und unregelmässigen Versatz einzelner oder weniger Drähte und somit zu Unregelmässigkeiten der Schnittoberfläche, wenn die Schneidspäne in die Rillen der Drahtführungsrollen gelangt. Üblicherweise wird daher das Drahtband mit der Kühlflüssigkeit berieselt, um die Flüssigkeit aufzutragen und Schneidspanreste vom Draht vor dem Erreichen der Drahtführungsrollen In particular, in wire saws having fields of wire cut wire, the cutting chips fed from the parallel cutting grooves and adhering to the wires by means of the cooling liquid cause temporary and irregular offsetting of individual or fewer wires and thus irregularities of the cutting surface as the cutting chips enter the grooves of the wire guide rollers , Usually, therefore, the wire band is sprayed with the cooling liquid to apply the liquid and cutting chip residues from the wire before reaching the wire guide rollers
abzuwaschen. Dennoch kommt es bei diesen Berieselungsverfahren immer noch häufig zu Drahtauslenkungen. wash away. Nevertheless, these sprinklers still often cause wire deflections.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neue und vorteilhafte Vorrichtungen und Verfahren für Drahtsägen mit schneidmittelbesetztem Drahtfeld zur Verfügung zu stellen, insbesondere solche Vorrichtungen und Verfahren, die durch Schneidspäne verursachte Drahtauslenkungen und damit verbundene Oberflächenunregel- mässigkeiten im Produkt verringern oder sogar ganz vermeiden. Insbesondere sollen diese Verfahren zu verbesserten Produkten, insbesondere Siliziumwafern führen, deren Oberflächen vorteilhaft zur Verwendung in Halbleiterprodukten wie Computerchips und Photovoltaikanlagen geeignet sind. It is therefore the object of the present invention to provide new and advantageous wire-saw wire saw cutting apparatus and methods, especially such apparatus and methods which provide wire deflections caused by cutting chips and associated surface irregularities. reducing or even avoiding product imperfections. In particular, these methods should lead to improved products, in particular silicon wafers, whose surfaces are advantageously suitable for use in semiconductor products such as computer chips and photovoltaic systems.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt durch die Bereitstellung einer Drahtsäge mit schneidmittelbesetztem Drahtfeld gelöst, bei der wenigstens eine Düse die Schneidspäne vom Drahtfeld wenigstens über die Breite der Schnittfläche des Drahtfeldes mit Flüssigkeit abstrahlt. This object is achieved in a first aspect by the provision of a wire saw with schneidmittelbesetztem wire field, in which at least one nozzle radiates the cutting chips from the wire field at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid.
Es wurde unerwartet festgestellt, dass das Abstrahlen der Drahtfeldoberfläche mit Flüssigkeit unter Druck im Gegensatz zum üblichen Berieseln zu einer deutlichen It was unexpectedly found that the blasting of the wire-field surface with liquid under pressure, in contrast to the usual sprinkling, was marked
Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit der Wafer führt. Dies ist wohl auf den geringen Anteil von Schneidgut in den Rillen der Führungsrollen zurückzuführen. Improvement of the surface quality of the wafer leads. This is probably due to the small proportion of material to be cut in the grooves of the guide rollers.
Die wenigstens eine Düse kann oberhalb und/oder unterhalb des Drahtfeldes angeordnet sein. Vorteilhaft ist sie oberhalb des Drahtfeldes angeordnet. The at least one nozzle can be arranged above and / or below the wire field. Advantageously, it is arranged above the wire field.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine Düse aussen, seitlich von wenigstens einer der, vorzugsweise beiden, Drahtführungsrollen angeordnet. Die wenigstens eine Düse strahlt somit von aussen links und/oder rechts auf die drahtführende Rundfläche der Drahtführungsrolle(n). Diese seitliche, aussenseitige Anordnung vermeidet, dass an der Düse haftender sowie von der Düse abgestrahlter Schmutz und Späne auf das Drahtfeld fallen. In a further preferred embodiment, the at least one nozzle is arranged outside, laterally of at least one of, preferably two, wire guide rollers. The at least one nozzle thus radiates from the outside left and / or right on the wire-guiding round surface of the wire guide roller (s). This lateral, outer-side arrangement avoids that the dirt and chips adhering to the nozzle and also emitted by the nozzle fall onto the wire field.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform ist die wenigstens eine Düse zwischen dem oberen und dem unteren Drahtfeld sowie den Drahtführungsrollen angeordnet und strahlt das untere Drahtfeld vorzugsweise zur Mitte des Drahtfeldes hin ab. Dabei ist der vertikale Anstrahlwinkel vorzugsweise 10 bis 70 Grad und mehr bevorzugt etwa 45 oder etwa 60 Grad zum unteren Drahtfeld hin und der horizontale Anstrahlwinkel zur Laufrichtung des Drahtfeldes vorzugsweise 0 Grad (d.h. parallel zum Drahtfeld), und der Druck der Flüssigkeit auf das Drahtfeld beträgt vorzugsweise 0,5 bis 10 bar, mehr bevorzugt 1 bis 5 bar und am meisten bevorzugt etwa 1 ,5 oder etwa 2 bar. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die wenigstens eine Düse entlang des gesamten Drahtfeldes zwischen den Drahtführungsrollen und dem Schneidgut angeordnet sein, solange die wenigstens eine Düse so positioniert ist, dass sie bei Betriebsdruck die Schneidspäne vom Drahtfeld wenigstens über die Breite der In a particularly preferred and advantageous embodiment, the at least one nozzle is arranged between the upper and the lower wire field and the wire guide rollers and preferably radiates the lower wire field towards the middle of the wire field. Preferably, the vertical beam angle is preferably 10 to 70 degrees, and more preferably about 45 or about 60 degrees toward the lower wire field, and the horizontal beam angle to the running direction of the wire field is preferably 0 degrees (ie parallel to the wire field), and the pressure of the liquid on the wire field is preferably 0.5 to 10 bar, more preferably 1 to 5 bar, and most preferably about 1, 5 or about 2 bar. In a preferred embodiment, the at least one nozzle can be arranged along the entire wire field between the wire guide rollers and the cut material, as long as the at least one nozzle is positioned so that at operating pressure, the cutting chips from the wire field at least over the width of
Schnittfläche des Drahtfeldes mit Flüssigkeit abstrahlt. Cutting surface of the wire field radiates with liquid.
Die Position der Düse zum Drahtfeld wird hierin somit vorzugsweise durch die The position of the nozzle to the wire field is thus herein preferably by the
Abstrahlfläche/-wirkung auf dem Drahtfeld und nicht durch die absolute Position der Düse(n) definiert. Jedoch ist die wenigstens eine Düse üblicherweise in enger räumlicher Nähe zur Abstrahlfläche auf dem Drahtfeld angeordnet, um Druckverluste zu vermeiden. Radiating surface / effect on the wire field and not defined by the absolute position of the nozzle (s). However, the at least one nozzle is usually arranged in close spatial proximity to the radiating surface on the wire field in order to avoid pressure losses.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine Düse so angeordnet, dass sie die Schneidspäne vom Drahtfeld im Bereich der Mittelachse bis zur Innenkante der Drahtführungsrolle abstrahlt. Dabei muss die Schneidspäne nicht vom gesamten genannten Bereich des Drahtfeldes, sondern nur wenigstens über die Breite der Schnittfläche des Drahtfeldes mit Flüssigkeit abgestrahlt werden, so dass die In a particularly preferred embodiment, the at least one nozzle is arranged so that it radiates the cutting chips from the wire field in the region of the central axis to the inner edge of the wire guide roller. In this case, the cutting chips need not be radiated from the entire area of the wire field, but only at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid, so that the
Kontaktstelle des Drahtfeldes zu der Drahtführungsrolle möglichst frei von Schneidgut ist. Contact point of the wire field to the wire guide roller as free of cutting material is.
Der oben genannte Übergangsbereich des Drahtfeldes zur Drahtführungsrolle beginnt dort, wo das Drahtfeld erstmals direkt über der Innenkante der Führungsrolle liegt, und endet dort, wo das Drahtfeld mit der Führungsrolle in Kontakt tritt, üblicherweise oberhalb der Längsachse der Rolle. Dementsprechend ist die Breite dieses Bereiches der Radius der Führungsrolle. The above-mentioned transition region of the wire field to the wire guide roller begins where the wire field is for the first time directly above the inner edge of the guide roller, and ends where the wire field comes into contact with the guide roller, usually above the longitudinal axis of the roller. Accordingly, the width of this area is the radius of the guide roller.
Der genannte Übergangsbereich hat sich als besonders vorteilhaft zum Abstrahlen des Schneidgutes mit Düsen herausgestellt, da der Druck der Düsen wegen der Distanz zum Schneidgut keinen nennenswerten Einfluss auf die Ausrichtung des Drahtfeldes im Schneidgut mehr hat und zudem das Drahtfeld bereits derart durch die Rillen der Führungsrollen stabilisiert wird, dass ein erheblicher Abstrahldruck ausgeübt werden kann, der das Drahtfeld optimal reinigt, nicht aber zum Versatz der Drähte führen kann. Said transition region has been found to be particularly advantageous for blasting the material to be cut with nozzles, since the pressure of the nozzles has no appreciable influence on the alignment of the wire field in the material to be cut due to the distance to the material to be cut and also stabilizes the wire field already by the grooves of the guide rollers is that a significant Abstrahldruck can be exercised, which optimally cleans the wire field, but can not lead to misalignment of the wires.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Düse wenigstens auf der vom Schneidgut abführenden Seite angeordnet, da dort die neue Schneidspäne anfällt. Jedoch kann auch wenigstens eine, z.B. zusätzliche Düse auf der dem Schneidgut zugewandten Seite vorteilhaft sein, um Reste von Schneidgut zu beseitigen oder im Falle von alternierenden Laufrichtungen des Drahtfeldes. Preferably, the at least one nozzle is arranged at least on the side leading away from the item to be cut, since there the new cutting chips are obtained. However, at least one, for example, additional nozzle on the cutting material facing side be advantageous to eliminate residues of cutting material or in the case of alternating directions of the wire field.
Daher betrifft die erfindungsgemässe Drahtsäge auch solche, bei denen wenigstens zwei Düsen die Schneidspäne vom Drahtfeld, vorzugsweise im Bereich der Mittelachse bis zur Innenkante der vorzugsweise zwei Drahtführungsrollen abstrahlen. Therefore, the inventive wire saw also relates to those in which at least two nozzles radiate the cutting chips from the wire field, preferably in the region of the central axis to the inner edge of the preferably two wire guide rollers.
Die wenigstens eine Düse der erfindungsgemässen Drahtsäge strahlt die Schneidspäne vom Drahtfeld wenigstens über die Breite der Schnittfläche des Drahtfeldes mit Flüssigkeit ab, d.h. vor dem Kontakt der Schneidspäne mit den Drahtführungsrollen. The at least one nozzle of the wire saw according to the invention radiates the cutting chips from the wire field at least over the width of the cut surface of the wire field with liquid, i. before contacting the cutting chips with the wire guide rollers.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vertikale Anstrahlwinkel der Düse(n) zum Drahtfeld 90° (senkrecht) oder weniger (spitz), vorzugsweise 0 bis 70 oder 10 bis 60°, mehr bevorzugt 15 bis 55° oder 20 bis 50°, am meisten bevorzugt etwa 60° oder etwa 45°. Der vertikale Anstrahlwinkel ist der Winkel, in dem die Flüssigkeit auf das Drahtfeld trifft. Ein spitzer Winkel ist wegen seiner gerichteten schiebenden Wirkung auf die In a preferred embodiment, the vertical angle of the nozzle (s) to the wire array is 90 ° (vertical) or less (pointed), preferably 0 to 70 or 10 to 60 °, more preferably 15 to 55 ° or 20 to 50 ° preferably about 60 ° or about 45 °. The vertical beam angle is the angle at which the fluid hits the wire field. An acute angle is due to its directional sliding effect on the
Schneidspäne bevorzugt. Cutting chips preferred.
Die Flüssigkeit kann parallel zur Laufrichtung des Drahtfeldes oder aber seitlich versetzt zur Laufrichtung des Drahtfeldes aufgestrahlt werden, um die Schneidspäne in eine einzige Richtung seitwärts vom Drahtfeld abzulenken. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der horizontale Anstrahlwinkel der wenigstens einen Düse zur Laufrichtung des Drahtfeldes 0 bis 60°, vorzugsweise 0 bis 45°, mehr bevorzugt 0 bis 30°, am meisten bevorzugt 0 bis 15°. Je spitzer der Winkel, desto geringer sind die seitwärts auslenkenden Kräfte auf das Drahtfeld. The liquid can be irradiated parallel to the running direction of the wire field or laterally offset from the running direction of the wire field in order to deflect the cutting chips in a single direction sideways from the wire field. In a preferred embodiment, the horizontal angle of the at least one nozzle to the running direction of the wire field is 0 to 60 °, preferably 0 to 45 °, more preferably 0 to 30 °, most preferably 0 to 15 °. The sharper the angle, the lower the sideways deflecting forces on the wire field.
Die wenigstens eine Düse kann in Richtung Schneidgut (nach innen) oder in Richtung der Drahtführungsrolle (nach aussen) ausgerichtet sein. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Düse in Richtung des Schneidgutes ausgerichtet und die Flüssigkeit daraus strahlt die Schneidspäne in Richtung des Schneidgutes ab. The at least one nozzle can be aligned in the direction of material to be cut (inwards) or in the direction of the wire guide roller (outwards). Preferably, the at least one nozzle is aligned in the direction of the material to be cut, and the liquid therefrom radiates the cutting chips in the direction of the material to be cut.
Die wenigstens eine Düse kann im Abstand zum Drahtfeld, aber auch im vertikalen oder horizontalen Anstrahlwinkel fixiert oder variabel einstellbar sein und optional auch diskontinuierlich oder kontinuierlich in der Stellung variiert werden. Zum Beispiel kann die wenigstens eine Düse kontinuierlich im vertikalen Winkel zwischen 90 und 30° variieren und/oder oder periodisch die Flüssigkeit in einer Richtung seitwärts vom Drahtfeld ab- strahlen. Der Abstand der wenigstens einen Düse zum Drahtfeld sowie die vertikale und horizontale Ausrichtung zum Drahtfeld hängt u.a. von der Düsengeometrie, dem Flüssigkeitsdruck, der vom Drahtfeld transportierten Schneidspäne in Menge und Adhäsionskraft am Drahtfeld, etc. ab. Der Fachmann wird diese je nach Vorgabe des Schneidvorgangs optimieren. The at least one nozzle can be fixed at a distance to the wire field, but also in the vertical or horizontal angle of attack or be variably adjustable and optionally also discontinuously or continuously varied in position. For example, the at least one nozzle may vary continuously at a vertical angle between 90 and 30 degrees, and / or periodically move the liquid in a direction sideways from the wire field. radiate. The distance of the at least one nozzle to the wire field and the vertical and horizontal alignment to the wire field depends, inter alia, on the nozzle geometry, the fluid pressure, the cutting chips transported by the wire field in quantity and adhesion force on the wire field, etc. The expert will optimize these depending on the specification of the cutting process.
Vorzugsweise kann die wenigstens eine Düse so manuell oder automatisch verstellt werden, dass Sie zur Vorreinigung der geschnittenen Wafer in der Drahtsägevorrichtung eingesetzt werden kann. Preferably, the at least one nozzle can be adjusted manually or automatically so that it can be used for pre-cleaning the cut wafer in the wire saw apparatus.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemässe Drahtsäge dergestalt, dass der vertikale Anstrahlwinkel und/oder der horizontale Anstrahlwinkel der wenigstens einen Düse variable sind und vorzugsweise beim Schneiden variiert, mehr bevorzugt beim Schneiden periodisch oder kontinuierlich variiert werden. In a preferred embodiment, the wire saw according to the invention is such that the vertical beam angle and / or the horizontal beam angle of the at least one nozzle are variable and preferably varied during cutting, more preferably are varied periodically or continuously during cutting.
In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform sind der vertikale Anstrahlwinkel etwa 45° oder etwa 60° zum Drahtfeld und/oder der horizontale Anstrahlwinkel etwa 0° der wenigstens einen Düse. Dabei ist die wenigstens eine Düse vorzugsweise in Richtung Schneidgut, d.h. nach innen zur Drahtfeldmitte ausgerichtet. In a most preferred embodiment, the vertical beam angle is about 45 ° or about 60 ° to the wire field and / or the horizontal beam angle is about 0 ° of the at least one nozzle. The at least one nozzle is preferably in the direction of food to be cut, i. aligned inward to the wire center.
Die erfindungsgemässe Drahtsäge unterscheidet sich auch von denen des Standes der Technik, dadurch dass wenigstens eine Düse eine Flüssigkeit unter Druck wenigstens über die Breite der Schnittfläche des Drahtfeldes auf das Drahtfeld aufträgt. Der Flüssigkeitsdruck auf das Drahtfeld sollte ausreichend sein, um die unerwünschte Schneidspäne vom Drahtfeld vor dem Kontakt mit den Drahtführungsrollen gerichtet abzustrahlen. Der dazu notwendige Flüssigkeitsdruck hängt demnach ganz eindeutig von dem Abstand Düse-Drahtfeld und dem vertikalen und horizontalen Anstrahlwinkel ab. Der Begriff Abstrahlen im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Flüssigkeitsdruck die Schneidspäne gerichtet vom Drahtfeld im Sinne eines flüssigen Abziehers abstreift. The wire saw according to the invention also differs from those of the prior art in that at least one nozzle applies a liquid under pressure to the wire field at least across the width of the cut surface of the wire field. The fluid pressure on the wire field should be sufficient to radiate the unwanted cutting chips from the wire field prior to contact with the wire guide rollers. The necessary fluid pressure therefore clearly depends on the distance nozzle-wire field and the vertical and horizontal beam angle. The term blasting in the sense of the invention means that the fluid pressure strikes the cutting chips directed from the wire field in the sense of a liquid puller.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Druck, den die Flüssigkeit auf das Drahtfeld im direkten Kontaktbereich (Auftrefffläche) ausübt, im Bereich zwischen 0,5 und 10 bar, vorzugsweise 1 und 10, mehr bevorzugt 1 und 5, noch mehr bevorzugt 2 und 5 bar, am meisten bevorzugt 2 und 4 bar. Als Druck ist hierbei der mittlere Druck im direkten Kontaktbereich (Auftreffläche) zu verstehen. In a preferred embodiment, the pressure which the liquid exerts on the wire field in the direct contact area (incidence area) is in the range between 0.5 and 10 bar, preferably 1 and 10, more preferably 1 and 5, even more preferably 2 and 5 bar , most preferably 2 and 4 bar. The pressure here is the average pressure in the direct contact area (impact surface).
Für die erfindungsgemässen Drahtsägen mit schneidmittelbesetztem Drahtfeld kommen als am Draht fixierte Schneidmittel vorzugsweise solche zum Einsatz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumcarbid, Diamant und Borcarbid vorzugsweise For the wire saws according to the invention with a cutting wire-occupied wire field, the cutting means fixed to the wire are preferably those which are selected from the group consisting of silicon carbide, diamond and boron carbide
Siliziumcarbid und Diamant, am meisten bevorzugt Diamant ist. Für Drahtsägen mit „Slurry-Läpp"-Suspensionen sind Flüssigkeitsdüsen im Sinne der Erfindung weniger geeignet, das diese ansonsten das Schneidmittel von Draht entfernen würden. Silicon carbide and diamond, most preferably diamond. For wire saws with "slurry-lapping" suspensions, liquid nozzles in the sense of the invention are less suitable because they would otherwise remove the cutting means from wire.
Die in der wenigstens einen Düse eingesetzte Flüssigkeit ist neben der mechanischen, die Schneidspäne abtransportierenden Wirkung vorzugsweise auch zur Kühlung, Schmierung und Spülung des Schneidgutes geeignet. Vorzugsweise ist sie im Wesentlichen wässrig und umfasst vorzugsweise Zusatzstoffe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gleit- oder Schmiermitteln, Viskositäts- oder Thixotropie-vermittelnden Substanzen, Korrosionsschutzmitteln, Stabilisatoren, Konservierungsmitteln, EP- Zusätzen (extreme pressure Additive), Emulgatoren, Lösungsvermittlern. The liquid used in the at least one nozzle is preferably also suitable for cooling, lubrication and rinsing of the material to be cut, in addition to the mechanical removal action of the cutting chips. Preferably, it is substantially aqueous and preferably comprises additives selected from the group consisting of lubricants or lubricants, viscosity or thixotropy-promoting substances, corrosion inhibitors, stabilizers, preservatives, extreme pressure additives (EP) additives, emulsifiers, solubilizers.
Der Begriff„Breite der Schnittfläche" bezeichnet die Breite des Drahtfeldes, die durch das Schneidgut geführt wird. Die Flüssigkeit aus der wenigstens einen Düse sollte wenigstens diese Breite des Drahtfeldes von Schneidspäne befreien. The term "width of the cut surface" denotes the width of the wire field which is guided through the material to be cut, The liquid from the at least one nozzle should at least free this width of the wire field from cutting chips.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schneiden von harten, vorzugsweise spröden Feststoffen, vorzugsweise Metallen und Halbmetallen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe mono- und polykristalliner Siliziumkristalle, Keramiken, Saphir und Germanium, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Feststoff durch das Drahtfeld einer erfindungsgemässen Drahtsäge durchgeführt, d.h. bzw. In a further aspect, the invention relates to a method for cutting hard, preferably brittle solids, preferably metals and semi-metals, preferably selected from the group of monocrystalline and polycrystalline silicon crystals, ceramics, sapphire and germanium, characterized in that the solid by the Wire field performed a wire saw according to the invention, ie respectively.
geschnitten wird. is cut.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung einer erfindungsgemässen Drahtsäge zum Schneiden von harten, vorzugsweise spröden Feststoffen, vorzugsweise Metallen und Halbmetallen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe mono- und polykristalliner Siliziumkristalle, Keramiken, Saphir und Germanium, insbesondere mono- oder polykristallinem Silizium zur Herstellung von Siliziumwafern. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von nicht beschränkend auszulegenden Beispielen und Figuren erläutert. A third aspect of the invention relates to the use of a wire saw according to the invention for cutting hard, preferably brittle solids, preferably metals and semi-metals, preferably selected from the group of monocrystalline and polycrystalline silicon crystals, ceramics, sapphire and germanium, in particular mono- or polycrystalline silicon for the production of silicon wafers. In the following, the invention will be explained with reference to non-limiting examples and figures to be interpreted.
Figuren characters
Fig. 1 zeigt schematisch eine Drahtsäge (1) mit schneidmittelbesetztem Drahtfeld (2), das zwei Führungsrollen (3a, 3b) umläuft, bei der das quaderförmige Schneidgut (4) von oben durch das Drahtfeld (2) geführt wird. Es sind zwei Düsenleisten (5a, 5b) beidseitig vom Schneidgut (4) mit Längsachse quer zur Schneidrichtung (8) und parallel zu den Führungsrollen (3a, 3b) oberhalb des Drahtfeldes (2) im Bereich (6, Radius) der Mittelachse (7) bis zur Innenkante (8) der Drahtführungsrolle angeordnet, deren Düsen die Flüssigkeit als überlappende Kegel auf das Drahtfeld (2) auftragen und dieses so durch Abstrahlen mit Druck von anhaftender Schneidspäne befreien. Fig. 1 shows schematically a wire saw (1) with schneidmittelbesetztem wire field (2), the two guide rollers (3a, 3b) rotates, in which the cuboid cutting material (4) from above through the wire array (2) is guided. There are two nozzle strips (5a, 5b) on both sides of the material to be cut (4) with a longitudinal axis transverse to the cutting direction (8) and parallel to the guide rollers (3a, 3b) above the wire field (2) in the region (6, radius) of the central axis (7 ) are arranged to the inner edge (8) of the wire guide roller, the nozzles of which apply the liquid as overlapping cones on the wire field (2) and thus free by blasting with pressure of adhering cutting chips.
Figs. 2a bis 2c sind Grafiken, die die Messergebnisse von Siliziumwafern zeigen, die entsprechend den Drahtsägeausführungen mit Rieselfunktion bzw. Düsen der Figuren 3a bis 3c im Beispiel geschnitten wurden. Die Grafik oben links zeigt jeweils die mittlere Waferdicke (Dicke). Die Grafik oben rechts zeigt jeweils die Dickenvariation innerhalb des gemessenen Wafers. Die Grafik unten links zeigt jeweils die tiefe der Sägespuren innerhalb von 1 mm. Die Grafik unten rechts zeigt jeweils die Sägespuren innerhalb von 5 mm. Figs. FIGS. 2a to 2c are graphs showing the measurement results of silicon wafers cut in accordance with the wire-fence embodiments with the trickle function or nozzles of FIGS. 3a to 3c in the example. The graphic at the top left shows the average wafer thickness (thickness). The graph at the top right shows the thickness variation within the measured wafer. The graph below left shows the depth of the saw marks within 1 mm. The graphic below shows the saw marks within 5 mm.
Fig. 2a zeigt die Messergebnisse bei Bestückung der Drahtsäge mit beidseitigen Düsenreihen und Rieselfunktion (Standarddüsen in Standardposition) gemäss Fig 3a. FIG. 2a shows the measurement results when the wire saw is equipped with nozzle rows on both sides and trickle function (standard nozzles in standard position) according to FIG. 3a.
Fig. 2b zeigt die Messergebnisse bei Bestückung der Drahtsäge mit beidseitigen Düsenreihen mit einem Druck von 1 ,5 bar in einem vertikalen Winkel von 45° zum Drahtfeld und einem horizontalen Winkel von 0° (parallel zum Drahtfeld) gemäss Fig. 3b. Fig. 2b shows the measurement results when equipped with the wire saw with two-sided nozzle rows with a pressure of 1, 5 bar at a vertical angle of 45 ° to the wire field and a horizontal angle of 0 ° (parallel to the wire field) according to FIG. 3b.
Fig. 2c zeigt die Messergebnisse bei Bestückung der Drahtsäge mit beidseitigen Düsenreihen mit einem Druck von 1 ,5 bar direkt vor der Waferschublade auf die Drahtführungsrollen in einem vertikalen Winkel von 60° zum Drahtfeld und einem horizontalen Winkel von 0° (parallel zum Drahtfeld) gemäss Fig. 3c. Fig. 2c shows the measurement results when equipping the wire saw with double-sided nozzle rows with a pressure of 1, 5 bar directly in front of the wafer drawer on the wire guide rollers at a vertical angle of 60 ° to the wire field and a horizontal angle of 0 ° (parallel to the wire field) according to Fig. 3c.
Figs. 3a bis 3c zeigen Drahtsägeanordnungen, mit denen die in den Figuren 2a bis 2c gezeigten Ergebnisse erarbeitet wurden. Fig. 3a zeigt das Photo einer konventionellen Drahtsäge mit üblicher beidseitiger Rieselanordnung, insbesondere das hexagonale Schneidgut (4), einen polykristallinen Ingot, der an der sich langsam senkenden Schneidgutaufnahme (10) hängt, und die beiden Rieselröhren, aus denen Kühl- und Spülwasser über Leitbleche auf das Drahtfeld (2) läuft. Figs. 3a to 3c show wire saw arrangements with which the results shown in FIGS. 2a to 2c have been worked out. Fig. 3a shows the photo of a conventional wire saw with conventional trickle on both sides, in particular the hexagonal Schneidgut (4), a polycrystalline ingot, which depends on the slowly lowering Schneidgutaufnahme (10), and the two trickle tubes, from which cooling and rinsing over Guiding plates on the wire field (2) is running.
Fig. 3b zeigt das Photo der konventionellen Drahtsäge von Figur 1 ohne Rieselanordnung, aber mit beidseitiger Düsenanordnung (5) mit einem Vertikalanstrahlwinkel von etwa 45 Grad zum Drahtfeld (d.h. zur Horizontalen), einem Horizontalwinkel von 0 Grad (parallel zum Drahtfeld) mit Ausrichtung in Richtung Schneidgut (4) an der Schneidgutaufnahme (10). Fig. 3b shows the photograph of the conventional wire saw of Figure 1 without trickle arrangement, but with double-sided nozzle assembly (5) with a vertical angle of about 45 degrees to the wire field (ie horizontal), a horizontal angle of 0 degrees (parallel to the wire field) with alignment in Direction to be cut (4) on the material to be cut (10).
Fig. 3c zeigt das Photo der konventionellen Drahtsäge von Figur 1 ohne Rieselanordnung, aber mit zwei Düsenanordnungen (5) mit einem Vertikalanstrahlwinkel von etwa 60 Grad zum unteren Drahtfeld (d.h. zur Horizontalen), einem Horizontalwinkel von 0 Grad (parallel zum Drahtfeld) mit Ausrichtung in Richtung untere Drahtfeldmitte (2), wobei sich diese Düsenanordnungen (5) direkt vor bzw. an der Waferschublade befinden, die die Drahtführungsrollen vom Schneidraum abgrenzt. Das Schneidgut (4) wird im Betrieb von oben durch das obere Drahtfeld abgesenkt und so geschnitten. Figure 3c shows the photograph of the conventional wire saw of Figure 1 without a trickle arrangement, but with two nozzle arrays (5) having a vertical beam angle of about 60 degrees to the lower wire field (ie horizontal), a horizontal angle of 0 degrees (parallel to the wire field) with alignment towards the lower wire center (2), these nozzle arrangements (5) are located directly in front of or on the wafer drawer, which delimits the wire guide rollers from the cutting space. The material to be cut (4) is lowered during operation from above through the upper wire field and cut so.
Beispiel - Schneiden von Siliziumwafern mit diamantbesetzter Drahtsäge mit erfindgunsgemässen Flüssigkeitsdüsen Example - Cutting silicon wafers with diamond wire saws with liquid nozzles according to the invention
Es wurden polykristalline Ingots zuerst mittels einer Bandsäge vom Typ BS806 oder BS805 (Meyer-Burger AG) gecroppt, die Schmelzkappen entfernt, dann gebrickt und anschliessend mittels einer Innenlochsäge vom Typ TS207 (Meyer-Burger AG) nochmals„gecroppt". Als Kühlflüssigkeit wurde bei diesen Verfahren jeweils nur Wasser eingesetzt. Polycrystalline ingots were first cutted by means of a band saw of the type BS806 or BS805 (Meyer-Burger AG), the melting caps were removed, then kneaded and then "cutted" again by means of an internal hole saw type TS207 (Meyer-Burger AG) only water was used in each of these processes.
Der resultierende Quader wurde dann in zwölf etwa gleich grosse Bricks im Format 156 x 156 mm mittels der oben genannten Bandsäge geteilt. Vor der Weiterverarbeitung wurden die Seitenflächen wie üblich glatt geschliffen. The resulting cuboid was then divided into twelve approximately equal sized bricks in the format 156 x 156 mm by means of the band saw mentioned above. Before further processing, the side surfaces were smoothed as usual.
Dann wurde jeweils einer der zwölf Bricks mittels einer Drahtsäge vom Typ DS 265 (als Diamantdrahtsäge ausgeführt, Meyer-Burger, Thun, Schweiz; Diamantdraht von DWT Diamond Wire Corporation, Colorado, USA, mit einem Durchmesser von 145 pm, galvanisch gebunden Diamantkörner mit einer durchschnittlichen Grösse von etwa 20 bis 25 pm, Durchmesser des Kerndrahts = 120 pm,) in Wafer mit einer Breite von 200 pm geschnitten. Als Kühlmittel wurde Stadtwasser mit 5 % üblichen Additiven (TP714 , Meyer-Burger, Steffisburg, Schweiz) mit einem pH-Wert von 7,2 eingesetzt. Geschnitten wurde im Pendelmodus, d.h. ca. 1000 m vorwärts und 900 m rückwärts, so dass kontinuierlich 100 m Neudraht eingefügt wurden. Alternativ kann auch kontinuierlich mit derselben Geschwindigkeit von 14 m/s geschnitten werden. Der Vorschub betrug 1 mm/min. Das Kühlmittel durchlief während des Schneidprozesses verschiedene Filterstufen, 20 pm Fliessband, 10 pm Beutelfilter und anschliessend 5 pm Filterpatronen. Ein Schnitt dauerte ungeachtet der Länge der Bricks je nach Rezept etwa drei Stunden. Then each of the twelve bricks was made by means of a wire saw type DS 265 (designed as a diamond wire saw, Meyer-Burger, Thun, Switzerland, diamond wire from DWT Diamond Wire Corporation, Colorado, USA, having a diameter of 145 pm, electrodeposited diamond grains having an average size of about 20 to 25 pm, diameter of the core wire = 120 pm,) cut into wafers having a width of 200 μm. The coolant used was city water with 5% of customary additives (TP714, Meyer-Burger, Steffisburg, Switzerland) with a pH of 7.2. It was cut in pendulum mode, ie about 1000 m forward and 900 m backwards, so that continuously 100 m of new wire were inserted. Alternatively, it can also be cut continuously at the same speed of 14 m / s. The feed was 1 mm / min. During the cutting process, the coolant passed through various filter stages, 20 pm conveyor belt, 10 pm bag filter and then 5 pm filter cartridges. A cut took about three hours, depending on the recipe, regardless of the length of the bricks.
Die fertig geschnittenen Wafer wurden anschliessend aus der Sägevorrichtung entnommen, in sauberes Kühlmittel gleicher Konzentration (5% Volumenprozent, pH-Wert wie zuvor) getaucht und zur Vorreinigung transferiert. Hier wurde die Klebstelle wie üblich mit Essigsäure bei 40°C entfernt und die Wafer dann durch eine übliche Reinigungsanlage geführt (Schmid Wafer Reinigungs Anlage, Gebr. Schmid GmbH + Co., Freudenstadt, Deutschland). Danach wurden die sauberen und trockenen Wafer mittels einer dafür üblichen Vorrichtung (Messanlage HE-WIS-04 Henneke Systems GmbH, Zülpich, Deutschland) inspiziert und auf geometrische Qualitätsmerkmale untersucht. The finished cut wafers were then removed from the sawing device, immersed in clean coolant of the same concentration (5% by volume, pH value as before) and transferred to the pre-cleaning. Here, the adhesive was removed as usual with acetic acid at 40 ° C and the wafers then passed through a conventional cleaning system (Schmid Wafer cleaning plant, Gebr. Schmid GmbH + Co., Freudenstadt, Germany). Thereafter, the clean and dry wafers were inspected by means of a conventional device (measuring system HE-WIS-04 Henneke Systems GmbH, Zülpich, Germany) and examined for geometric quality features.
Es wurden insgesamt drei Drahtsägesysteme mit Flüssigkeitsdüsenanordnungen untersucht, A total of three wire saw systems with liquid nozzle arrangements were investigated,
(i) eine Standardanordnung mit beidseitigen Düsenreihenanordnungen und Rieselfunktion (Standarddüsen nach unten gerichtet (90°), Standardposition über dem Drahtfeld zwischen Führungsrollen und Brick (Photo in Fig. 3a, Ergebnisse in Fig. 2a);  (i) a standard arrangement with two-sided nozzle array and trickle function (standard nozzles directed downwards (90 °), standard position over the wire field between guide rollers and brick (photo in Fig. 3a, results in Fig. 2a);
(ii) eine erfindungsgemässe Anordnung mit beidseitigen Düsenreihenanordnungen mit einem Flüssigkeitsdruck von 1.5 bar in einem vertikalen Winkel von 45° zum Drahtfeld in Richtung Schneidgut (Brick) ausgerichtet und einem horizontalen Winkel von 0° (parallel zum Drahtfeld) mit den Sprühdüsen in der Standardposition über dem Drahtfeld zwischen Führungsrollen und Brick (Photo in Fig. 3b, Ergebnisse in Fig. 2b); und  (ii) an inventive arrangement with two-sided nozzle rows arrangements with a liquid pressure of 1.5 bar at a vertical angle of 45 ° to the wire field in the direction Brick) aligned and a horizontal angle of 0 ° (parallel to the wire field) with the spray nozzles in the standard position on the wire field between guide rollers and brick (photo in Fig. 3b, results in Fig. 2b); and
(iii) eine erfindungsgemässe Anordnung mit beidseitigen Düsenreihenanordnungen mit einem Flüssigkeitsdruck von 1 ,5 bar direkt vor bzw. an der Waferschublade in Ausrichtung zur Mitte des unteren Drahtfeldes (Richtung Schneidgut) mit einem verti- kalen Winkel von 60° zum Drahtfeld und einem horizontalen Winkel von 0° (parallel zum Drahtfeld) ausgerichtet. (Photo in Fig. 3b, Ergebnisse in Fig. 2b). (iii) an arrangement according to the invention with two-sided nozzle row arrangements with a liquid pressure of 1.5 bar directly in front of or at the wafer drawer in alignment with the middle of the lower wire field (direction cutting material) with a vertical 60 ° angle to the wire field and a horizontal angle of 0 ° (parallel to the wire field) aligned. (Photo in Fig. 3b, results in Fig. 2b).
Die Ergebnisse der mit diesen Drahtsägen mit Riesel- und Düsenanordnungen geschnittenen Wafer sind in den Figuren 2a bis 2c grafisch zusammengefasst. The results of the wafers cut with these wire saws with trickle and nozzle arrangements are graphically summarized in FIGS. 2a to 2c.
Bei den mit der Standardanordnung mit Rieselfunktion (Fig. 3a) geschnitten Wafern ist insbesondere die grosse Streuung der Messwerte hin zu den Blockenden auffällig, was scheinbar auf die zu den Blockenden grösser werdenden Wasserturbulenzen zurückzuführen ist. In the case of the wafers cut with the standard arrangement with trickling function (FIG. 3 a), the large scattering of the measured values towards the block ends is particularly noticeable, which is apparently due to the water turbulence becoming greater towards the block ends.
Im Vergleich zur Anordnung in Fig. 3a wird mit den Sprühdüsen der Anordnungen 3b und 3c wesentlich weniger Wasser auf das Drahtfeld aufgebracht, was zu einer Reduktion der Turbulenzen an den beiden Blockenden führt. Das Drahtfeld läuft zudem ruhiger was eine geringere Streuung der Werte der mittleren Dickenvariation, der Sägespuren innerhalb von 1 mm und der Sägespuren innerhalb von 5 mm zur Folge hat. Compared to the arrangement in FIG. 3a, substantially less water is applied to the wire field with the spray nozzles of the arrangements 3b and 3c, which leads to a reduction in the turbulence at the two block ends. The wire field is also quieter which results in a lower dispersion of the values of the average thickness variation, the saw marks within 1 mm and the saw marks within 5 mm.
Im Vergleich zu den Drahtsägeanordnungen der Figs. 3a und 3b fällt bei den Ergebnissen der Anordnung von Fig. 3c die wesentlich geringere Abweichung der Dicke und der Dickenverteilung auf. Dies wird erreicht, indem die Flüssigkeit von innen auf das untere Drahtfeld in Richtung Drahtfeldmitte gesprüht wird. Die Drahtführungsrollen werden so besser gereinigt, was sich in der geringeren Verteilung niederschlägt. Compared to the wire saw assemblies of Figs. 3a and 3b, in the results of the arrangement of FIG. 3c, the much smaller deviation of the thickness and the thickness distribution occurs. This is achieved by spraying the fluid from the inside onto the lower wire field in the direction of the wire field center. The wire guide rollers are cleaned better, which is reflected in the lower distribution.

Claims

Ansprüche claims
1. Drahtsäge (1 ) mit schneidmittelbesetztem Drahtfeld (2), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Düse (5) die Schneidspäne vom Drahtfeld (2) wenigstens über die Breite der Schnittfläche des Drahtfeldes (2) mit Flüssigkeit abstrahlt. 1. wire saw (1) with schneidmittelbesetztem wire field (2), characterized in that at least one nozzle (5) the cutting chips from the wire array (2) at least over the width of the cut surface of the wire array (2) radiates with liquid.
2. Drahtsäge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (5) oberhalb des Drahtfeldes (2) angeordnet ist. 2. Wire saw according to claim 1, characterized in that the at least one nozzle (5) above the wire array (2) is arranged.
3. Drahtsäge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (5) aussen, seitlich von wenigstens einer der Drahtführungsrollen (3) angeordnet ist. 3. Wire saw according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one nozzle (5) outside, laterally of at least one of the wire guide rollers (3) is arranged.
4. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (5) zwischen dem oberen und dem unteren Drahtfeld (2) sowie den Drahtführungsrollen (3a, 3b) angeordnet ist und das untere Drahtfeld (2) vorzugsweise zur Mitte hin abstrahlt. 4. Wire saw according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one nozzle (5) between the upper and the lower wire field (2) and the wire guide rollers (3a, 3b) is arranged and the lower wire field (2) preferably radiates towards the middle.
5. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (5) die Schneidspäne vom Drahtfeld (2) im Bereich der Mittelachse (7) bis zur Innenkante (8) der Drahtführungsrolle (3) abstrahlt. 5. Wire saw according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one nozzle (5) radiates the cutting chips from the wire field (2) in the region of the central axis (7) to the inner edge (8) of the wire guide roller (3).
6. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass 6. wire saw according to one of claims 1 to 5, characterized in that
wenigstens zwei Düsen (5) die Schneidspäne vom Drahtfeld (2) vorzugsweise im Bereich der Mittelachse (7) bis zur Innenkante (8) der vorzugsweise zwei Drahtführungsrollen (3) abstrahlen.  at least two nozzles (5), the cutting chips from the wire field (2) preferably in the region of the central axis (7) to the inner edge (8) of the preferably two wire guide rollers (3) radiate.
7. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Anstrahlwinkel der wenigstens einen Düse (5) zum Drahtfeld (2) 90° oder weniger, vorzugsweise 0 bis 70°, mehr bevorzugt 10 bis 60° oder 15 bis 55°, am meisten bevorzugt 20 bis 50°, etwa 45° oder etwa 60° beträgt. 7. Wire saw according to one of claims 1 to 6, characterized in that the vertical angle of the at least one nozzle (5) to the wire field (2) 90 ° or less, preferably 0 to 70 °, more preferably 10 to 60 ° or 15 to 55 °, most preferably 20 to 50 °, about 45 ° or about 60 °.
8. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Anstrahlwinkel der wenigstens einen Düse (5) zur Laufrichtung (8) des Drahtfeldes (2) 0 bis 60°, vorzugsweise 0 bis 45°, mehr bevorzugt 0 bis 30°, am meisten bevorzugt 0 bis 15° beträgt. 8. Wire saw according to one of claims 1 to 7, characterized in that the horizontal angle of the at least one nozzle (5) to the running direction (8) of the wire field (2) 0 to 60 °, preferably 0 to 45 °, more preferably 0 to 30 °, most preferably 0 to 15 °.
9. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (5) in Richtung des Schneidgutes (4) ausgerichtet ist und die Flüssigkeit daraus die Schneidspäne in Richtung des Schneidgutes (4) abstrahlt. 9. Wire saw according to one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one nozzle (5) in the direction of the material to be cut (4) is aligned and the liquid from the cutting chips in the direction of the material to be cut (4) emits.
10. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Anstrahlwinkel und/oder der horizontale Anstrahlwinkel der wenigstens einen Düse (5) variable sind und vorzugsweise beim Schneiden variiert, mehr bevorzugt beim Schneiden periodisch oder kontinuierlich variiert werden. 10. Wire saw according to one of claims 1 to 9, characterized in that the vertical angle of radiation and / or the horizontal angle of the at least one nozzle (5) are variable and preferably varies during cutting, more preferably be varied periodically or continuously during cutting.
11. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck durch die Flüssigkeit auf das Drahtfeld (2) im Bereich zwischen 0,5 und 10 bar, vorzugsweise 1 und 10 oder 1 und 5 bar, am meisten bevorzugt 2 und 4 bar liegt. 11. Wire saw according to one of claims 1 to 10, characterized in that the pressure through the liquid to the wire field (2) in the range between 0.5 and 10 bar, preferably 1 and 10 or 1 and 5 bar, most preferably 2 and 4 bar.
12. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit zur Kühlung, Schmierung und Spülung des Schneidgutes (4) geeignet ist, vorzugsweise im Wesentlichen wässrig ist, vorzugsweise Zusatzstoffe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gleit- oder Schmiermitteln, Viskositäts- oder Thixotropie-vermittelnden Substanzen, Korrosionsschutzmitteln, Stabilisatoren, Konservierungsmitteln, EP-Zusätzen (extreme pressure Additive), Emulgatoren, Lösungsvermittlern umfasst. 12. Wire saw according to one of claims 1 to 11, characterized in that the liquid for cooling, lubrication and flushing of the cut material (4) is suitable, preferably substantially aqueous, preferably additives selected from the group consisting of lubricants or lubricants , Viscosity or thixotropy-inducing substances, corrosion inhibitors, stabilizers, preservatives, extreme pressure additives (EP) additives, emulsifiers, solubilizers.
13. Verfahren zum Schneiden von harten, vorzugsweise spröden Feststoffen, vorzugsweise Metallen und Halbmetallen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe mono- und polykristalliner Siliziumkristalle, Keramiken, Saphir und Germanium, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff durch das Drahtfeld (2) einer Drahtsäge nach einem der vorliegenden Ansprüche durchgeführt wird. 13. A method for cutting hard, preferably brittle solids, preferably metals and semi-metals, preferably selected from the group of monocrystalline and polycrystalline silicon crystals, ceramics, sapphire and germanium, characterized in that the solid through the wire field (2) of a wire saw after a of the present claims.
14. Verwendung einer Drahtsäge nach einem der vorangegangenen Ansprüche zum Schneiden von harten, vorzugsweise spröden Feststoffen, vorzugsweise Metallen und Halbmetallen, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe mono- und polykristalliner Siliziumkristalle, Keramiken, Saphir und Germanium. 14. Use of a wire saw according to one of the preceding claims for cutting hard, preferably brittle solids, preferably metals and semi-metals, preferably selected from the group of monocrystalline and polycrystalline silicon crystals, ceramics, sapphire and germanium.
15. Verwendung nach Anspruch 14 zur Herstellung von Siliziumwafern. 15. Use according to claim 14 for the production of silicon wafers.
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