Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fixierung eines Materialblocks an einer

Bearbeitungseinrichtung zur mechanischen Bearbeitung des Materialblocks, insbesondere an einer Drahtsäge zum Schneiden des Materialblocks in einzelne Wafer, bei dem der Materialblock an einen verlorenen Werkstückträger geklebt und der Werkstückträger mit der Bearbeitungs einrichtung verbunden wird. Die Erfindung betrifft auch einen verlorenen Werkstückträger, der für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist. Für die Herstellung einiger Produkte müssen

Materialblöcke spanend bearbeitet werden, um daraus Werkstücke zu fertigen, die dann gegebenenfalls weiter verarbeitet werden. So werden beispielsweise Siliziumblöcke mittels sogenannter Multidrahtsägen in einzelne Scheiben zersägt, um Wafer für die

Solarzellenfertigung zu erhalten. Typische Abmessungen derartiger Wafer sind 156 mm x 156 mm x 180 mpi. Ausgangspunkt sind vorgefertigte Siliziumblöcke mit typischen Abmessungen von 156 mm x 156 mm x 400 mm. Für den Sägeprozess müssen diese Materialblöcke geeignet an der Multidrahtsäge fixiert werden.

Stand der Technik

Bei der Herstellung von Wafern für die Photo- voltaik werden die Materialblöcke unter Zuhilfenahme eines Trägers, dem sogenannten verlorenen Werkstück träger, auch als Beam bezeichnet, am Werkstückhalter der Säge befestigt. Der Materialblock wird hierzu an den verlorenen Werkstückträger geklebt, der wiederum an den Werkstückhalter geklebt oder in anderer Weise am

Werkstückhalter befestigt wird. Der Werkstückhalter ist lösbar mit der Drahtsäge verbunden und kann nach Durchführung des Sägeprozesses wieder von der Säge gelöst werden. Der Materialblock wir bei dem Säge- prozess mit einer Multidrahtsäge in die einzelnen Wafer zerteilt, wobei der verlorene Werkstückträger kammartig eingesägt wird. Er kann daher nur einmal verwendet werden und ist damit verloren. Eine derartige Vorgehensweise zur Herstellung von Wafern für Photovoltaikzellen ist beispielsweise in der DE 102011 018 523 Al beschrieben. In ähnlicher Weise laufen auch die Sägeprozesse beim Sägen von Wafern für die Mikro elektronik-Industrie ab. Die Verklebung des Materialblocks mit dem verlorenen Werkstückträger erfolgt bisher mit 2K- Klebstoffen (Zweikomponenten-Klebstoff), die jeweils unmittelbar vor dem Klebeprozess angemischt werden müssen. Für das Anmischen und Aufbringen des Klebstoffes werden meist spezielle Industrieroboter eingesetzt, die allerdings eine hohe Capex- und Opexbelastung darstellen. Weiterhin stehen aufgrund der Verarbeitbarkeit (Topf- und Aushärtezeit) nur bestimmte Zeitfenster zur Verfügung, die eine Flexibilisierung des Fertigungsablaufes erschweren. Eine Erhöhung des

Durchsatzes wird durch Vergrößerung der Anzahl parallel arbeitender Anlagen realisiert. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die anteiligen Stückkosten bei der mechanischen Bearbeitung eines Materialblocks, der mit Hilfe eines verlorenen Werkstückträgers an der Bearbeitungs- einrichtung fixiert werden muss, zu verringern und den Durchsatz zu erhöhen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch 11 gibt einen verlorenen Werkstückträger an, der für die Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Werkstückträgers sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Fixierung eines Materialblocks an einer Bearbeitungseinrichtung mit Hilfe eines verlorenen Werkstückträgers wird der verlorene Werkstückträger, der mit einer bereits vorapplizierten Schicht eines nur durch äußere Einwirkung jederzeit aktivierbaren, also klebefähigen, Klebstoffs an wenigstens einer Oberfläche versehen ist, bereitgestellt und der Materialblock durch Aktivierung des Klebstoffs dann an den verlorenen Werkstückträger geklebt. Der Werkstückträger wird in bekannter Weise mit der Bearbeitungseinrichtung verbunden, wie dies später noch näher ausgeführt wird. Diese Verbindung des Werkstückträgers mit der Bearbeitungseinrichtung kann bereits vor dem Verkleben des Materialblocks mit dem verlorenen Werkstückträger erfolgen, wird jedoch vorzugsweise erst nach dem Verkleben durchgeführt. Der beim vorgeschlagenen Verfahren eingesetzte, vorapplizierte Klebstoff ist vor seiner Aktivierung inaktiv, eignet sich also ohne zusätzliche äußere Einwirkung nicht zur Herstellung der Klebeverbindung. Der Klebstoff ist insbesondere mehrmals aktivierbar, zunächst beim Aufbringen auf den verlorenen Werkstück träger und später dann bei der Herstellung der Klebeverbindung mit dem Materialblock. Der Klebstoff wird vorzugsweise bereits beim Hersteller des verlorenen Werkstückträgers während oder nach der Fertigung des verlorenen Werkstückträgers als Schicht auf den Werkstückträger aufgebracht. Der verlorene Werkstückträger kann dann mit der aufgebrachten KlebstoffSchicht längere Zeit, bspw. über mehrere

Wochen oder Monate, gelagert werden. Er ist während dieser Zeit dauerhaft und sofort für den bestimmungs gemäßen Gebrauch einsatzfähig. Der Klebstoff sollte hierfür ausreichend fest oder entsprechend hochviskos sein. Der Klebstoff kann auf unterschiedliche Arten auf den verlorenen Werkstückträger aufgebracht werden, beispielsweise durch Sprühen oder Walzen. Bei einem Werkstückträger, der beispielsweise mittels Extrusion hergestellt wird, kann die KlebstoffSchicht während der Extrusion aufgebracht werden.

Die Erfinder des vorgeschlagenen Verfahrens haben hierbei erkannt, dass zur Kostenersparnis und Erhöhung des Durchsatzes bei der mechanischen Bearbeitung eines Materialblocks unter Nutzung eines verlorenen

Werkstückträgers die Klebemethode geeignet verbessert werden kann. Durch die Nutzung eines vorapplizierten Klebstoffes, der erst bzw. nur durch zusätzliche äußere Einwirkung klebefähig wird und auch bereits bei der Herstellung der verlorenen Werkstückträger als Schicht appliziert werden kann, ist kein aufwändiges Anmischen des Klebstoffes und keine üblicherweise maschinell unterstützte Applikation auf den verlorenen Werkstück träger innerhalb fester Zeitfenster mehr erforderlich. Es kann daher auf die kostenintensiven Industrieroboter und auch auf eine Bevorratung des Klebstoffes am Ort der Bearbeitungseinrichtung verzichtet werden. Die verlorenen Werkstückträger können mit der aufgebrachten KlebstoffSchicht gebrauchsfertig angeliefert werden, sind entsprechend lagerfähig und können auch beliebig mit der darauf applizierten KlebstoffSchicht zugeschnitten werden. Die Fixierung der Materialblöcke an dem verlorenen Werkstückträger und damit an der

Bearbeitungseinrichtung lässt sich dann in erheblich kürzerer Zeit durchführen. Damit wird die Prozesszeit verkürzt und der Durchsatz bei der Bearbeitung erhöht. Dies senkt die Stückkosten beispielsweise auch bei der Herstellung von Halbleiterwafern in der Mikro elektronikindustrie. Die vorgeschlagene Technik ist kompatibel zum bisherigen Sägeprozess und damit sowohl für neue als auch bestehende Produktionslinien geeignet.

Der bei dem Verfahren eingesetzte, nur durch äußere Einwirkung aktivierbare Klebstoff ist bevorzugt ein durch thermische Einwirkung aktivierbarer Klebstoff, insbesondere ein sogenannter Schmelzkleber oder Heißklebstoff. Es lassen sich auch andere aktivierbare Klebstoffe einsetzen, die beispielsweise durch Druck oder Infrarot-Bestrahlung aktivierbar sind. Vorzugsweise wird ein Klebstoff eingesetzt, dessen Klebkraft durch Eintauchen in umgebende Medien (z.B. Wasser, Säuren, Laugen) und/oder Wärme und/oder Anlegen eines elektrischen Potentials herabgesetzt wird, wodurch nach dem Bearbeiten das oder die resultierenden Werkstücke wieder leicht von dem verlorenen Werkstück träger getrennt werden können. Für die Aktivierung eines durch thermische Einwirkung aktivierbaren Klebstoffs kann der Materialblock beispielsweise zunächst erhitzt und dann auf den Werkstückträger mit der KlebstoffSchicht aufgesetzt werden. Der Klebstoff wird dabei durch den erhitzten Materialblock aktiviert und die Verklebung erfolgt. Es besteht auch die Möglichkeit, den Materialblock ohne vorangehende Erhitzung auf den Werkstückträger aufzusetzen und beide dann in dieser Form in einen Ofen einzubringen oder durch einen Ofen zu transportieren, in dem die KlebstoffSchicht durch die erhöhte Temperatur im Ofen aktiviert wird, so dass die Verklebung erfolgt. In beiden Fällen müssen die beiden zu verbindenden Teile für die Verklebung nicht notwendigerweise zusätzlich gegeneinander gepresst werden. Der durch das Eigengewicht des Materialblocks ausgeübte Druck ist ausreichend . Der verlorene Werkstückträger kann beispielsweise aus Glas, Keramik, Graphit oder Kunststoff bestehen, vorzugsweise aus einem Verbundmaterial, bspw. einem Kunststoff mit Füllpartikeln. Die mit dem Materialblock zu verklebende Oberfläche dieses verlorenen Werkstück- trägers ist in ihrer Form an die korrespondierende (zu verklebende) Oberfläche des Materialblocks angepasst. Beim Sägen von Wafern für Solarzellen ist der Material block quaderförmig, die zu verklebende Oberfläche des Werkstückträgers daher entsprechend plan. Beim Sägen von Wafern für die Mikroelektronik sind die Material blöcke häufig zylinderförmig ausgebildet. Die zu verklebende Oberfläche des Werkstückträgers ist daher in diesem Fall entsprechend gekrümmt. In der bevorzugten Ausgestaltung zum Sägen von Wafern kann der Materialblock beispielsweise aus Silizium, Germanium, Saphir, Quarz, Glas, Keramik, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid bestehen. Dies ist selbstverständlich keine abschließende Aufzählung.

Der verlorene Werkstückträger kann in unter schiedlicher Weise mit dem Werkstückhalter der Bearbeitungseinrichtung verbunden werden. Eine Möglichkeit besteht darin, diesen Werkstückträger an den Werkstückhalter zu kleben. Hierzu weist der Werkstückträger dann auf zwei sich gegenüber liegenden Oberflächen eine entsprechende erst durch äußere Einwirkung aktivierbare KlebstoffSchicht auf. Der verlorene Werkstückträger wird dann in gleicher Weise wie mit dem Materialblock auf der gegenüber liegenden Seite mit dem Werkstückträger verklebt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den verlorenen Werkstück träger in den Werkstückhalter einzuspannen, falls der Werkstückhalter einen entsprechenden Einspannmecha nismus aufweist. Auch andere mechanische Verbindungs mechanismen sind möglich.

Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich prinzipiell bei allen Anwendungen einsetzen, bei denen zur Fixierung eines zu bearbeitenden Materialblocks an einer Bearbeitungseinrichtung ein verlorener Werkstück träger erforderlich ist, der bei der Bearbeitung fertigungsbedingt beschädigt werden muss. Beispiele sind vor allem spanende Bearbeitungstechniken wie Sägen, Trennschleifen oder Fräsen. In der bevorzugten Anwendung wird das vorgeschlagene Verfahren jedoch für den Einsatz in Multidrahtsägen zum Trennen des

Materialblocks in eine Vielzahl von Wafern eingesetzt. Das Hauptanwendungsgebiet stellt daher die Waferherstellung in der Photovoltaik- und Mikroelektronik-Industrie dar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Material verbundes beim Sägen von Wafern in einer Multidrahtsäge; und Fig. 2 eine schematische Darstellung des Schicht- aufbaus eines verlorenen Werkstückträgers gemäß der vorliegenden Erfindung vor der Verbindung mit dem Materialblock und dem Werkstückhalter. Wege zur Ausführung der Erfindung

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beim Multidrahtsägen eines Materialblocks in einzelne Wafer erläutert. Eine derartige Multidrahtsäge wird beispielsweise zum Sägen von Siliziumblöcken für die Herstellung von Solarzellen eingesetzt. Dabei wird in der Säge ein Feld aus parallel verlaufenden Drähten aufgespannt, das in bekannter Weise den Siliziumblock in Wafer trennt. Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht dieses Vorganges. In der linken Teilabbildung ist der zu sägende Materialblock 1 zu erkennen, der über einen verlorenen Werkstückträger 2 mit einem Werkstückhalter 3 der Multidrahtsäge verbunden ist. Die einzelnen

Sägedrähte 4 sind im unteren Teil dieser Teilabbildung zu erkennen. Sie erstrecken sich in die dargestellte Schnittebene hinein und werden beim Sägen in dieser Richtung hin und her bewegt. Gleichzeitig wird der Werkstückhalter 3 mit dem daran befestigten Material block 1 in Vorschubrichtung 5 bewegt. Der Werkstück halter 3 klemmt formschlüssig in der Sägemaschine. Nach Beendigung des Sägelaufes ist der Materialblock 1 in die einzelnen Wafer 6 zerteilt, wie dies in der rechten Teilabbildung der Figur 1 dargestellt ist. Der verlorene Werkstückträger 2 wurde durch diesen Sägeprozess kammartig eingesägt, wie dies ebenfalls in der Figur zu erkennen ist. In dem vorliegenden Beispiel ist der verlorene Werkstückträger 2 über Klebstoff- schichten 7 mit dem Materialblock 1 und dem Werkstück halter 3 verbunden. Nach Durchführung des Sägeprozesses werden diese Klebstoffschichten, deren Klebkraft beispielsweise durch äußere Medien wie Wasser, Säure, Laugen oder Wärme verringert wurde, gelöst, um den verlorenen Werkstückträger 2 von den Wafern 6 und dem Werkstückhalter 3 zu lösen.

Beim vorgeschlagenen Verfahren erfolgt diese Verklebung des verlorenen Werkstückträgers 2 mit dem Werkstückhalter 3 und dem Materialblock 1 in anderer Weise als bei der Waferfertigung gemäß jetzigem Stand der Technik. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der verlorene Werkstückträger 2 bereits mit vorapplizierten Klebstoffschichten 8 bereitgestellt, wie dies in Figur 2 schematisch angedeutet ist. Der verlorene Werkstück träger 2 besteht in diesem Beispiel aus einem Verbundwerkstoff (Polymere und anorganisches Nichtmetall) . Als vorapplizierte KlebstoffSchicht ist ein aktivierbarer Klebstoff aufgebracht, der nur mittels geeigneter Methoden (äußere Einwirkung) zur Herstellung einer Klebung aktiviert wird. Im vorliegenden Beispiel ist ein wasserlöslicher, thermisch aktivierbarer Klebstoff auf beide Oberflächen des verlorenen Werkstückträgers 2 (Beam) aufgebracht. Der Anwender aktiviert den Klebstoff mit einer Wärmequelle, die Lösung der Verbindung kann nach dem Sägen rückstandsfrei in einem beheizten Wasserbad erfolgen. Die KlebstoffSchicht kann bereits während oder nach der Beam-Fertigung durch den Hersteller des Beams aufgebracht werden. Auf diese Weise werden mehrere Fertigungsschritte einschließlich der hierfür erforderlichen Maschinentechnik eingespart.

Bezugszeichenliste

1 Materialblock 2 verlorener Werkstückträger bzw. Beam

3 Werkstückhalter

4 Sägedrähte

5 Vorschubrichtung

6 Wafer 7 Klebstoffschichten

8 aktivierbare KlebstoffSchicht