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Einrichtung zum Zersägen von Körpern aus sprödem Material in Scheiben,
insbesondere von stabförmigen Halbleiterkristallen Bei der Fertigung von Halbleiteranordnungen
mit einkristallinem Halbleiterkörper ist es erforderlich, stabförmige Rohkristalle,
z. B. aus Silizium oder Germanium, in Scheiben zu zerschneiden, deren Dicke in der
Größenordnung von 0,1 bis 1 mm liegt. Man verwendet hierfür Diamantsägen mit einem
draht-, band- oder blattförmigen Träger des Diamantbelages. Wegen der Sprödigkeit
des Materials ist es hierbei schwierig, die letzte Phase des einzelnen Schnittes
sicher zu beherrschen. Die zum größten Teil abgesägten Scheiben neigen zum Abbrechen..
Außerdem werden sie bei der Abtrennung von dem Stab durch die noch laufende Säge
weggeschleudert, wodurch ein sicheres und zerstörungsfreies Auffangen der abgelösten
Scheibe erschwert ist. Man hat aus diesen Gründen bisher den Kristallstab auf eine
Unterlage festgekittet oder mit einem Kunststoffmantel umgeben und die so gebildete
Einheit kammartig eingeschnitten, derart, daß zwar der Halbleiterstab vollständig
durchschnitten wurde, der Zusammenhang der Unterlage bzw. des Mantels jedoch noch
erhalten blieb. Zur vollständigen Trennung wurde die Verbindung bzw. der Kunststoffmantel
abgelöst. Abgesehen von dem hierfür erforderlichen zusätzlichen Aufwand entstehen
bei diesem Verfahren besondere Schwierigkeiten bei der Verwendung sogenannter Innenlochsägen.
Das sind Sägen mit einem ringscheibenförmigen Sägeblatt, dessen Sägekante am Innenrand
liegt und das durch einen Spannring am Außenrand radial gespannt ist. Derartige
Sägen sind für die hier vorliegenden Aufgaben besonders vorteilhaft, weil das Sägeblatt
infolge der radialen Spannung weniger zum Flattern neigt und daher dünner gehalten
werden kann als z. B. bei kreisförmigen Sägeblättern, deren Sägekante am Außenrand
liegt. Bei Innenlochsägen muß jedoch der Spannring des Sägeblattes mit der Antriebswelle
über ein topf- oder $anschförmiges Glied verbunden werden, dessen Tiefe nicht beliebig
groß sein kann; ein kammartiges Einsägen der Halbleiterstäbe ist daher nur bis zu
einer Länge von einigen Zentimetern möglich, so daß der Sägevorgang periodisch unterbrochen
werden muß. Bei jeder dieser Unterbrechungen entstehen Verluste an Halbleitermaterial,
da der erste Schnitt aus Sicherheitsgründen stets mit einem größeren als dem vorgeschriebenen:
Abstand vom Stabende geführt werden muß, so daß die zuerst abgeschnittene Scheibe
Ausschuß ist. Das kammartige Sägen hat ferner den Nachteil, daß die Qualität der
Schnitte und die Maßhaltigkeit der abgeschnittenen Scheiben erst nach einer größeren
Anzahl von Schnitten beurteilt werden kann. Bei einer Einbettung des Halbleiterstabes
in einen Kunststoffmantel kann man unter Umständen den Schnitt auch bis zur völligen
Abtrennung durchführen, da der die Scheibe umgebende Kunststoffring bei dem Auffangen
der Scheibe einen gewissen mechanischen Schutz bietet. Sämtliche bisher verwendeten
Schnittverfahren haben jedoch den grundsätzlichen Nachteil, daß die Scheibe während
des Sägevorganges auf der dem Stab abgewandten Seite nicht unterstützt ist und aus
diesem Grunde zum Schwingen neigt, und zwar um so mehr, je weiter der Schnitt bereits
fortgeschritten ist. Darunter kann die Qualität des Schnittes hinsichlich Ebenheit
und Gleichmäßigkeit erheblich leiden. Ein Einklemmen der Scheiben während des Sägens
durch eine Backenvorrichtung od. dgl. ist wegen ihrer geringen Dicke nicht möglich.
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Bei Einrichtungen zum Zersägen von Kristallen ist es bekannt, zur
Erzielung gleichmäßig dicker Abschnitte einen schwenkbaren Anschlag vorzusehen,
gegen den die Endfläche des Kristalls gelegt wird. Ferner ist es bekannt, an sich
selbständige Werkstücke, z. B. zur Durchführung eines Schleifvorganges, durch Unterdruck
mittels einer Saugspannvorrichtung mit durchlöcherter Oberfläche zu halten.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Zersägen
von Körpern aus sprödem Material in Scheiben, insbesondere von Halbleiterkristallen,
mit einem am abzusägenden Ende des Körpers vorgesehenen schwenkbaren Anschlag. Sie
besteht darin, daß der Anschlag als Saugspannvorrichtung mit einer ebenen, siebartig
durchbrochenen
Anschlagplatte ausgebildet ist. Mit der Einrichtung
nach der Erfindung ist es möglich, die abzusägende Scheibe bis zu ihrer vollständigen
Abtrennung vom Stab zuverlässig festzuhalten, und zwar ohne sie dabei mechanisch
zu beanspruchen. Es genügt hierzu ein Unterdruck im Hohlraum des Sauganschlages
von etwa 0,5 at. Durch den Sauganschlag wird ein Abbrechen der Scheibe in der letzten
Phase des Schnittes und ein Wegschleudern der Scheibe nach der Abtrennung verhindert;
ein Schwingen der Scheibe ist nicht mehr möglich, da sie auf der dem Stab abgewandten
Seite fest an dem Sauganschlag anliegt. Die abgetrennte Scheibe kann man der Einrichtung
entnehmen, indem man den Unterdruck im Sauganschlag wegnimmt; mit Vorteil kann man
unter dem Anschlag eine schräg abfallende Rinne vorsehen, die die abgesägte Scheibe
auffängt und von der Säge wegführt. Damit die Auffangrinne den Sägevorgang nicht
behindert, kann man den Anschlag um eine parallel zur Stabachse liegende Achse schwenkbar
machen, wobei dann die Ablaufrinne so angebracht ist, daß sie die abgesägte Scheibe
auffängt, wenn der Sauganschlag aus seiner Arbeitsstellung herausgeschwenkt ist.
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Die Erfindung ist nicht nur für das Zersägen von Halbleitermaterial
von Bedeutung, sondern ganz allgemein von Körpern aus sprödem Material, z. B. von
Keramik, Quarz und anderen Kristallen.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Verwendung
einer Innenlochsäge, und zwar Fig. 1 ein Schnitt längs der Achse der Antriebswelle
der Säge, Fig. 2 eine Seitenansicht in Achsrichtung.
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Mit 1 ist das ringscheibenförmige Sägeblatt bezeichnet; es ist an
seinem inneren Rand 2 mit einem Diamantbelag versehen. An seinem äußeren Umfang
ist das Sägeblatt 1 in einen Spannring 3 eingeschraubt, dessen beide Teile konvexe
bzw. konkave Oberflächen aufweisen, so daß das Blatt 1 beim Festschrauben radial
gespannt wird. Der Spannring 3 ist seinerseits mit einem topfförmigen Flansch 4
verschraubt, der mit konischer Passung auf der Antriebswelle 5 der Säge aufsitzt.
Die Passung ist durch eine Mutter 13 gesichert.
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Der zu zerteilende Körper, z. B. ein stabförrniger Silizium-Einkristall,
ist mit 6 bezeichnet; er ist in nicht dargestellter Weise derart eingespannt, daß
er schrittweise nach links bewegt werden kann. An dem abzusägenden Ende des Stabes
6 ist ein als Saugspannvorrichtung ausgebildeter Anschlag 8 vorgesehen, der eine
Kammer 7 reit einer siebartig durchbrochenen, auf der Außenseite ebenen Wand 8 a
aufweist. Der Innenraum der Kammer 7 ist mittels einer Rohrleitung 9 an eine Pumpe
angeschlossen, die zur Herstellung eines ausreichenden Unterdruckes geeignet ist,
z. B. eine Flüssigkeitsstrahl- oder Rotationspumpe. Die Kammer 7 ist über einen
Arm 10 an einer Welle 11 befestigt.
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Während des Sägevorganges werden der Siliziumstab 6 und das Sägeblatt
1 relativ zueinander bewegt; beispielsweise wird die gesamte Säge gesenkt, während
der Siliziumstab fest steht. Der Sauganschlag 8 mit seinen Teilen 7, 8a, 9, 10 und
11 behält während des Sägevorganges relativ zum Siliziumstab 6 die gleiche Lage.
In Fig. 2 ist die Lage des Innenloches vor dem Schnitt als ausgezogener Kreis 2,
nach dem Schnitt als gestrichelter Kreis 2 a erkennbar. Wenn das Sägeblatt 1 die
Lage 2a erreicht hat, ist die Scheibe völlig vom Siliziumstab 6 abgetrennt. Sie
wird zunächst noch durch den in der Kammer 7 herrschenden Unterdruck an der durchlöcherten
Anschlagplatte 8 festgehalten.
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Zwecks Abnahme der Siliziumscheibe von dem Sauganschlag 8 wird nun
der Arm 10 durch eine Drehung der Welle 11 in die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte
Lage geschwenkt. Der Anschlag mit der daran haftenden Siliziumscheibe gelangt dadurch
in eine Stellung oberhalb einer Auffangzinne 12, die schräg nach unten aus dem Innenloch
des Sägeblattes herausführt. Wird nunmehr durch einen nicht dargestellten Hahn die
Kammer 7 von der Pumpe getrennt und eine Verbindung mit der Außenluft oder einem
Überdruckbehälter hergestellt, so fällt die Siliziumscheibe ab und gleitet in der
Rinne 12 aus dem Innenloch heraus in einen Vorratsbehälter oder auf ein Förderband.
Der Sägevorgang ist damit beendet; die Säge wird wieder in die in Fig. 1 dargestellte
Stellung gehoben und der Sauganschlag zurückgeschwenkt, so daß die nächste Scheibe
abgesägt werden kann.
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Der Siliziumstab 6 hat infolge der vorausgehenden Herstellungsvorgänge
im allgemeinen eine unregelmäßig zylindrische Form. Es ist zweckmäßig, ihn vor dem
Zersägen durch Abschleifen auf eine regelmäßig zylindrische Form zu bringen.
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Es ist ohne großen Aufwand möglich, für den schrittweisen Ablauf der
Arbeitsvorgänge (Vorschub des Siliziumstabes, Herstellung eines Unterdruckes in
der Kammer 7, Sägevorgang, Herausschwenken des Sauganschlages, Wegnehmen des Unterdruckes,
Zurückstellung von Säge und Anschlag) eine automatische Steuerung vorzusehen.