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Vorrichtung zum Sägen von kleinen stabförmigen Objekten, insbesondere
Halbleiter-Einkristallen Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, beispielsweise
Dioden, Transistoren u. dgl., wird gewöhnlich gefordert, daß der Halbleiterkörper
aus einem einkristaIhnen Element-Halbleiter besteht. Es gibt zahlreiche Verfahren
zur Herstellung von Einkristallen, bei denen in den meisten Fallen ein verhältnismäßig
großer, stabförmiger Einkristall. gezüchtet wird. Bei der Weiterverarbeitung zu
geeigneten HalblelterpFättchen für die Verwendung in Halbleiteranordnungen werden
die gezüchteten Stabe verschiedenen Bearbeitungsverfahren unterworfen. Die Erfindung
befaßt sich mit einer Vorrichtung, durch die stabförmige Einkristalle in flache
Scheiben senkrecht zu ihrer Längsachse zersägt worden können.
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Zum Zersägen der Einkristalle eignen sich die üb-
lichen Diainantkreeissägen.
Diese bestehen gewöhnlich aus einer kreisförinig rotierenden, zentral gelagerten
Scheibe, die senkrecht zur Längsachse anden Kristall geführt wird und dabei von
dem Kristallstab eine Scheibe vorbestimmter Dicke abschneidet. Es ist auch schon
bekannt, zum Schneiden von Diamanten u. ä.
sogenannte Innenlochsägeblätter
zu verwenden. Diese werden mit ihrem außeren Umfang in eine geeignete Haltevornchtung
eingespannt und zersagen mit der als Schneide ausgebildeten Begrenzung eines im
Mittelpunkt befindlichen Loches das Objekt. Innenlochscheiben haben den Vorteil,
daß sie stabiler gefaßt werden können als zentrisch gefaßte Sägescheiben, da sich
ihre Halterung auf den gesamten Umfang erstxcckt Außerdem ist der Nutzdurchmesser
kleiner, so daß die Sägeblätter dünner ausgeführt werden können. Bei Verwendung
von Innenlochschelben kann daher mä kleineren Toleranzen gesägt und mit geringeren
Verschmittverlusten gerechnet werden.
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Beim Sägen mit den üblichen Kreissägeblättern, ist es vorteilhaft,
das zu sägende Objekt nicht festzuhalten, sondern ebenfalls um seine Uängsachse
rotieren zu lassen. Das Sägeblatt braucht dabei zum Durchsägen des Objektes nur
bis zur Hälfte einzudringen und kann im Durchmesser kleiner gehalten werden. Dieser
Vorteil würde selbstverständlich auch beim Sägen mit Innenlochscheiben auftreten.
Bisher hat man jedoch bei Innenlochscheiben auf das. Mitrotieren des zu zersägenden
Objektes verzichtet, da zahlreiche Schwierigkeiten die Vorteile überwogen haben.
Die Übliche ZufÜhrungsaxt des zu zersägenden Objektes von außen hat zur Folge, daß
der abgeschnittene Teil in das Innere der trommelartigen Fassung der innenlochscheibe
fällt. Um komplizierte Auswerfvorrichtungen zu vermeiden, sägt man daher gewöhnlich
das Objekt nicht vollständig durch, sondern läßt einen kleinen Tcü am Rande steh-en
und bricht das angesägte Ende nach dem Sägevorgang ab. Das Objekt kann auch auf
eine Unterlage aufgekittet werden. In diesem Fall wird zwar das Objekt, aber nicht
die Unterlage ganz durchgeschnitten. Durch Auflösen des Kittes trennen sich die
durchgesägten Scheiben. Beim Mitrotimri des Objektes ware diese Maßnahme nicht möglich.
Nachteilig beim Sägen mit Innenilochscheiben ist natürlich, daß zur Beseitigung
des beim Abbrechen entstandenen Grates bzw. zum Aufkitten und Auflösen des Kittes
weitere Arbeilsvorgänge notwendig sind.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sägen von kleinen, stabförmigen
Objekten, insbesondere Halbleiter-Einkristallen, mit einer rotierenden Innenlochsäge,
bei der die Nachteile der bisher bekannten Innenlochsägen vermieden werden. Sie
zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß das zu sägende Objekt auf
der im Inneren der Werkzeugtrommel liegenden Stirnseite eines um seine Längsachse
rotierenden stabfornugen Objekttragers befestigt ist, der in einer in der rohrforrnigen
Halterung verdrehbar angeordneten Hohlwelle drehbar gelagert ist und daß der Halterungskopf
und der Objektträger in bezug auf die Mittelachse der Halterung exzentrisch angeordnet
sind.
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Der Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß
sich das zu sägende Objekt im Inneren der Sagevorrichtung befindet und der abgesagte
Teil nach außen abfällt, so daß vollständig durchgesägt werden kann. Das Mitrotieren
des Objektes ermoghcht die Verwendung eines Sägeblattes mit relativ kleinem Durchmesser,
so daß die gesamte Vorrichtung
handlicher und der Sägeverschnitt
weiter vermindert wird.
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Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung
einer Säge-
vorrichtung; Fig. 2 stellt eine Stirnansicht zur Verdeutlichung
der Bewegungen beim Sägevorgang dar.
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In Fig. 1 ist mit 2 die feststehende, rohrförmig ausgebildete
Hafterung angedeutet. Diese kann in irgendeiner in der Zeichnung nicht näher angedeuteten
Weise an einer Befestigungsplaitte 8 vexankert sein. In der Figur ist die
Vorrichtung horizontal angeordnet. Es ist ebensogut möglich, die Vorrichtung
vertikal anzuordnen, wobei dann die Befesügungsplatte 8 am oberen
Ende und das Innenlochsägeblatt 7 am unteren Ende hegt. Die vertikale Anordnung
hat gqgenuber der horizontalen den Vortefl, daß eventuell verwendete Kuhlflussigkegen
wahrend des Sagevorganges ohne zusätzliche Maßnahmen besser ablaufen können. Der
Sägevorgang selbst ist jedoch unabhängig von der Lage, der Vorrichtung.
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Die rohrförmig ausgebildete Haherung 7. ist an ihrem vorderen
Ende, dem Halterungskopf 2 a, gegen-Über ihrer Mittelachse B exzentrisch ausgebildet.
Auf diesem Halterungskopf ist die Werkzeugtrommel 1 in irgendeiner bekannten
Weise drehbar gelagert. In der Werkzeugtrommel ist das Innenlochsägeblaft
7 b#> festigt, so daß sich dieses mit der Werkzeugtrommel 1
droht.
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Im Innerender feststehenden Haltenmg 2 befindet sich eine verdrehbare
Hohlwelle 3 mit einer gegenüber der Mttelachse B exzentrischen Bohrung. In
dieser Bohrung istebenfalls drehbar der stabföTrnige Objektträger 6 gelagert.
Auf seinem vorderen Ende, ist das Objekt 5, irn vorliegenden Beispiel ein
einkristalliner Halblelterkörper, befestigt. Die Befestigung kann vorteilhaft mittels
eines bekannten kittartigen Klebemittels vorgenommen werden. Die drehbare Hohlwelle
3 ist mit dem Objektträger 6 außerdem in Achsrichtung beweghar, so
daß dadurch die Möglichkeit besteht, nach Beendigung eines Sagevorganges den Kristall
umdie Dicke der abzusägenden Scheibe nach vom zu bewegen. Diese Bewegung kann entweder
von Hand aus oder automatisch bei Verwendung einer Programmsteuerung durchgeführt
werden. In jedem Falle ist der Mechanismus so eingerichtet, daß die Bewegung in-
Achsrichtung nur bei Null-Stellung des Systems ausgeführt werden kann. Unter der
NuJ1-Stellung des Systems soll, die Stellung der einzelnen Tolle zueinander verstanden
werden, in der die Nhütelachso A des Innenlochsägeblattes 7 sowie
die Mittelachse C des Objektträgers 6 mit dem Objekt zusammenfallen.
In dieser SteMung läßt sich das Objekt 5
durch das Loch des Ihnenlochsägeblattes
7 schieben, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung des Objektes oder des
innenlochsageblatbm benn verschieben des Objektträgers 6 in Achsrichtung
besteht. in dieser Stellung wird auch das Einsetzen des Objektes 5 vorgenommen.
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Der Antrieb der Werkzeugtrommel 1 kann in irgendeiner bekannten
Art, bempielsweise über =en Riemenantrich oder einen Zahnradantneb erfolgen. Die
Hohlwelle 3 und der Objektträger 6 können durch ein gemeinsames Antriebsaggregat,
das in Mg. 1 unter Ziffer 4 schematisch angedeutet ist, bewegt worden.
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Zur Durchführung eines Säg--vorganges nach der Erfindung wird folgendermaßen
verfahren: Die Sägevornichtung wird in Nufi-Ställung gebracht, das Objekt
5, im vorliegenden Beispiel ein Kristall, auf den Objektträger
6 aufgeklebt oder in irgendeiner anderen bekannten Weise befestigt und justiert.
Ein genaues Justieren des Kristalls im Hinblick auf die Welterverarbeitung der Plattchen
ist notwendig uud wichtig. Zu diesem Zweck ist der Kopf 6a an dem Objektträger
6 beweglich und arreuerbax. Da das Justieren mit dem eigentlichen Sagevorgang
in keinem funktionellen Zusammenhang steht, wird hier nicht näher darauf eingegangen.
Es kann dazu irgendein bekanntes optisches oder mechanisches Verfahren verwendet
werden. Das Justieren kann entweder im eingebauten Zustand an der Säge erfolgen;
es ist aber auch möglich, den gesamten Objektträgerkopf 6a mit dem Kristall außerhalb
der Säge in einer eigen& dazu vorgesehenen Einrichtung zu justieren und
anschießend einzusetzen.
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Beim Sägeworgang selbst bewegen sich die Werkzeug,trommel
1, die Hohlwelle 3 und der Objektträgor 6. Die Werkzeugtrommel
1 weist dab« zwe--kmäßig ein-- Umdrohungsgaschwm#ägkei von etwa 4000 bis
5000 Umdrehungen pro Mitiabe, auf. Die Hohlwelle, 3 macht während
eines Säg--vorganges eine Umdrehung und der Objekürager 6 rotiert mit ctwa
10 bis 100 Umdrehungen pro Minute. Durch die exzentrische Lagerung
der einzelnen Teile zaeinande#-wird dabei erreicht, daß der zum Sägen benötigte
Vorschub, des Objektes 5 senkrecht zu seiner Längsachse in Richtung auf die
Sägefläche gewährleietet ist. Die
Bewegungen der einzelnen Tefle sind
in Fig. 2 schematisch dargestellt. De Kreisring 2 deutet die Lage der feststehenden
HalteTung an. Der Kreisbogen 1 mit dem im Inneren strichpunktiert angedeuteten
Loch 1 a
gibt die zur Achse B der Halterung 2 exzentrische Lage
des Innculochsägeblattes 7 wieder. Wiederum exzentrisch zu-r Hohlwelle
3 liegend rotiert der Ob-
jektträger 6 n:ät,dem Objekt 5.
In Fig. 2 sind dio Rotationsbewegungen A" e im Uhrzeigersinn dargeiställt-Es
sind jedoch auch andere RotationsrIchtungen möglich.
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Durch die doppelt exzentrische Lagerung des Y.3"istalls wird erreicht,
daß bei einer halben Umdrehung der Hohlwe& 3 die abzusagende Scheibe
vom Kristall abgeschnitten ist. Voraussetzung dafür ist natürüch, daß der Krigtaff
selbst ebenfalls rotitzt. Da die Hohlwelle 3 wahrend eines Sagevorganges
eine Umdrehung durchführt, wird erreicht, daß nach Beendigung des Sägevorganges
die Vorrichtung wiederin Null-Steflung vorliegt und die Arretiervoririchtung für
die Bewegung des Objektträgers in Richtung seiner Längsachse außer Kraft gesetzt
ist. Zum Kühlen der Sägeschziben während des Sagevorganges kann der Strahl. einer
Kühlflüssigkeit gegen das Sageblatt gerichtet werden. Die Abführung des Sägeschlanunes
auis dem Inneren der Säge kann durch in die Haltenitig 2 geeignet eingebaute
Kanäle erfolgen. Bei Verwendung der Vorächtmg in vertikaler Anordnung ist es möglich,
die, Innenlochscheibe in der Kühlflüssigkeit sellie rotieren zu lassen. Dies aber
ist nwht mehr GegenMand der Erfindung.