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Vorrichtung zum Abtrennen von Halbleiterscheiben gleichmäßiger Dicke
von einem stabförmigen Werkstück aus Germanium, Silizium od. dgl. Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtrennen von Halbleiterscheiben gleichmäßiger
Dicke von einem stabförmigen Werkstück aus Germanium, Silizium od. dgl. unter Verwendung
paralleler endlicher Bänder aus Metall als Trennhilfswerkzeuge, denen neben ihrer
hin- und hergehenden Vorschubbewegung zusätzlich eine kurzhübige Schwingbewegung
erteilt ist, die in Vorschubrichtung oder wenigstens mit einer Komponente in dieser
Richtung wirkt.
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Es ist für das Schneiden von Glas oder Steinen bekannt, einen relativ
zu dem Werkstück bewegten endlosen Draht, ein Band oder eine umlaufende Scheibe
zu benutzen, wobei diesen Schneidwerkzeugen an der Schnittstelle ölgebundenes Karborundpulver
oder Sand und Wasser zugeführt wurden.
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Für das Trennschleifen zum Ein- und Abschneiden von Stücken an Körpern
harten oder brüchigen Charakters, wie Stahl, Glasrohren, Stangen aus künstlichem
Marmor, auch Porzellan usw. unter Vermeidung von ausgebrochenen Kanten oder Gratbildung
mittels Schmirgelscheiben ist es ferner bekannt, das Werkstück in einem Flüssigkeitsbad
bei Einhaltung eines bestimmten Temperaturintervalls für dieses an einem Halter
anzuordnen und das an einem Schwingarm getragene scheibenförmige Schneidwerkzeug
nach Dicke und Umlaufgeschwindigkeit derart zu bemessen, daß die Flüssigkeit an
der Schneidkante nicht verdrängt wurde.
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Bei Gattersägen ist es bekannt, den Sägeblattträger entweder mindestens
an einem seiner Enden, d. h. dem oberen oder unteren Ende, in einer Geradführung
und an dem anderen Ende auf einer Kreisbahn zu bewegen oder auch beide Enden dieses
Sägeblattträgers auf je einer Kreisbahn zu bewegen, so daß also der Sägeblattträger
kuppelstangenartig bewegt wird, und dabei auch eine relativ vom Werkstück weg gerichtete
Bewegung ausführen zu lassen.
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Bei Werkzeugmaschinen oder Geräten mit spanabhebenden Werkzeugen,
wie Hobeln oder Fräsern, mit zusätzlicher Schwingbewegung zu seiner stetig fortschreitenden
Arbeitsbewegung, deren Angriffsrichtung ganz oder teilweise mit der Richtung der
Arbeitsbewegung zusammenfällt, gehört es zum Stande der Technik, zur Erzeugung der
Schwingbewegungen einen über tausend Schwingungen in der Sekunde ausführenden Schwingungserzeuger
elektromagnetischer, elektrodynamischer, magnetostriktiver oder piezoelektrischer
Art einzusetzen.
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Zum Sägen von Marmor und ähnlichem hartem Material ist ein Rahmen
zum Tragen mehrerer parallelliegender Sägeblätter zur Bildung eines Gatters bekannt,
diesem Sägeblattträger außer der hin- und hergehenden Bewegung durch seine Aufhängung
über ein Pendelarmsystem an einem seinerseits über umlaufende Exzenter getragenen
Rahmen eine Schwingbewegung zu erteilen, um eine leichtere Sandzufuhr zu ermöglichen
sowie den Waschprozeß zu erleichtern und demzufolge die Schneidwirkung zu fördern.
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Zum Schneiden von auf Rollwagen gelagerten Steinen ist ein portalartiges
Sägegestell bekannt, das über dem Rollwagen mittels Laufrollen in die richtige Lage
gegenüber dem zu zersägenden Werkstück gebracht werden kann, wonach dann das Sägegatter
abgesenkt sowie mittels eines Kurbeltriebes das gesamte Portalgestell einschließlich
des in ihm gehaltenen Sägegatterträgers gegenüber dem Werkstück auf Schienen hin-
und herbewegt wird.
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Außerdem ist für die Bearbeitung insbesondere extrem harter und brüchiger
Stoffe, wie Glas, Keramik, Kristallen natürlicher oder künstlicher Art und Körpern
aus Metallboriden oder Metallkarbiden, z. B. Wolframkarbiden, bekannt, das Ende
eines in der Arbeitsrichtung schwingenden Werkzeuges von einer der Form der zu erzeugenden
Löcher oder Aushöhlungen angepaßten Gestalt gegen das Werkstück zu führen und der
Schneidstelle ein Schleifmittel zuzuführen (Ultraschallbohren oder -stoßläppen).
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Bei Schneidmaschinen mit an ihrem Umfangsrand schneidenden Trennschlzifscheiben
oder Kreissägeblättern ist es üblich, der Drehbewegung zum Schneiden und der Nachschubbewegung
der Scheibe relativ zum Arbeitsstück eine hin- und hergehende
Bewegung,
deren Frequenz von derjenigen der Dreh-bzw. Umlaufszahl der Scheibe verschieden
ist, zu überlagern, damit die hin- und hergehende Bewegung die Scheibe abwechselnd
mit dem Arbeitsstück in und außer Berührung bringt und, während die Scheibe vom
Arbeitsstück abgehoben ist, eine hinreichende Kühlmittelmenge zwischen der Scheibe
und dem Arbeitsstück einfließen kann sowie von der Scheibe abgebrochene Teilchen
weder die Scheibe abnutzen, noch die Schnittleistung beeinträchtigen können.
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Ziel der Erfindung ist, von einem stabförmigen Halbleiterkörper Scheiben
abtrennen zu können, deren beiderseitige Schnittflächen zueinander planparallel
sind und eindeutig in bezug auf bestimmte Flächen der Kristallgitterstruktur des
Halbleitermaterials der jeweiligen Scheibe liegen. Die erzeugten Schnittflächen
müssen also mit ihrer beim Schneidvorgang anwachsenden Flächenausdehnung in der
gleichen Schnittebene bleiben.
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Diese Aufgabe läßt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, daß bei einer
Vorrichtung der eingangs angeführten Art das Werkstück in an sich bekannter Weise
in einem mit einer Schleifmittelsuspension gefüllten Behälter angeordnet ist und
die Werkzeugbänder in einem Schwingrahmen befestigt sind, der von einem in Vorschubrichtung
auf Führungen des Behälterrandes verschiebbaren Wagen gegenüber diesem schwingfähig
getragen ist.
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Hierdurch ergibt sich ein einfacher und zweckmäßiger Aufbau der Vorrichtung,
da der Behälter selbst als Führung für den die Vorschubbewegung machenden und den
Schwingrahmen für die Werkzeuge tragenden Wagen dient.
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Es ist zweckmäßig, beim Zusammenwirken von Werkzeug und Werkstück
den Betrag des gegenseitigen Anpreßdruckes dosieren zu können. Hierzu wird erfindungsgemäß
das Werkstück durch ein an einem Wendelarm angeordnetes verschiebbares und damit
einstellbares Gewicht gegen die Werkzeugbänder angedrückt.
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Bei der Herstellung eines solchen Schnittes ist es außerdem erwünscht,
diesen einwandfrei und sauber ohne ein Ausbrechen von Randstücken durchführen zu
können, weil ein solches Ausbrechen innere Spannungszustände im übrigen Schneidgut
in unerwünschter Weise auslösen bzw. freigeben und daher zu unerwünschten Änderungen
in der regelmäßigen, vielfach bereits einkristallinen Struktur des Materials Anlaß
geben kann.
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Dieses Ziel läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß das Werkstück
mindestens im Haltebereich seines Werkstückträgers mit einer Kunstharzmasse versehen
wird, die noch zum Halten der abgetrennten Scheiben dient, wenn auch bereits der
Schnitt durch den eigentlichen Halbleiterstab hindurch ausgeführt ist. Es wird also
mindestens bis in diese Kunstharzauflage hinein- oder auch noch durch diese hindurchgeschnitten,
wobei aber der anteilige, den Halbleiterscheibenrand umschließende Kunstharzkörper
noch auf den Rand der Halbleiterscheibe stabilisierend wirkt.
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Ein gleichmäßiges Halten des Werkstückes am Werkstückträger läßt sich
vorzugsweise mittels eines Klebemittels erreichen, welches seine Bindung einerseits
mit dem Werkstückträger und andererseits mit der Kunstharzauflage am Halbleiterstab
eingeht. Es entsteht also für das Halten des Halbleiterstabes nur ein Haftsitz,
und es erfolgt kein Einspannen zwischen einander gegenüberliegenden, mit Druck einwirkenden
Flächen.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt F i
g. 1 einen Längsschnitt nach der Linie I-1 der die Draufsicht auf die Vorrichtung
wiedergehenden F i g. 2, F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III der F
i g. 1 und F i g. 4 eine Einzelheit.
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1 bezeichnet einen Behälter, der mit einer Flüssigkeit 1 a
gefüllt ist, die gleichzeitig ein für die Zertrennung geeignetes Schleifmittel,
wie z. B. Korund, enthält. Auf dem Boden dieses Behälters 1 ist eine Halteeinrichtung
2 angeordnet in Form einer U-förmigen Schiene. In dieser ist vertikal eine Auflage
3 geführt, die gegen eine Verschiebung in der Längsrichtung mit zwei an ihr vorgesehenen
Gleitschie-. nen 3 a in entsprechenden Gleitführungen 2 a läuft: Die Auflage 3 trägt
an ihrem oberen Ende einen besonderen Teil 3 b, welcher einerseits mit einem Formstück
3 c versehen ist, in das der zu zertrennende Körper bzw. das Werkstück
4 eingelegt werden kann und das mit Einschnitten 3 d versehen ist, in welche
bei dem Schneidprozeß die als Sägeblätter benutzten Bänder eintauchen können. Das
Werkstück 4 wird an dem Körper 3 b festgespannt oder festgeklebt. Es kann hierfür
bereits mit einer entsprechenden Hülle aus einem Haftwerkstoff umschlossen bzw.
an den entsprechenden Stellen mit einem solchen Werkstoff bestrichen sein, so daß
nach dem Einlegen des Werkstückes 4 in das Formstück 3 c das Werkstück
4 und der Körper 3 b eine entsprechende gegenseitige Haftung über eine Haftzwischenschicht
3 e miteinander eingehen. Als Werkstoffe für die Erzeugung dieser Haftverbindung
eignen sich z. B. Gießharze nach Art der sogenannten Kaltkleber, welche sich später
wieder entweder durch Erwärmen, Erweichen oder durch eine geeignete Flüssigkeit
auflösen lassen, wie z. B. durch TrichIoräthylen. Dieses Festspannen des zu trennenden
Werkstückes mittels einer solchen Haftverbindung hat den Vorzug, daß die dünnen
Scheiben, welche hergestellt werden, bis nach Vollendung des Schnittes eindeutig
an dem Körper 3 b in ihrer Lage gehalten sind. Der Körper 3 mit dem Körper 3 b und
dem an diesem gelagerten Werkstück 4 sind vertikal verschiebbar unter der Einwirkung
zweier Hebel 5 a, welche an einer drehbar gelagerten Welle 5 drehfest angeordnet
sind. An dieser Welle ist ferner noch ein Arm 5 b drehfest vorgesehen, an
welchem ein Gewicht 5 c sitzt. Dieses Gewicht 5 c ist in seiner Lage
an dem Hebel 5 b einstellbar, so daß der für die Durchführung des Trennungsschnittes
erwünschte Druck zwischen Werkstück und Schneidwerkzeugen, der durch das von dem
Gewicht 5 c erzeugte Drehmoment bestimmt ist, eingestellt werden kann. An der Welle
5 sitzt noch ein Hebel 5 d für eine Handbetätigung, um die Teile 3, 3 b,
3 c und 4 hochheben zu können. Mit einer Sperrnase 5 e am unteren Teil des
Hebels 5 d wirkt eine Sperrklinke 6 a zusammen, welche drehfest an der drehbar gelagerten
Welle 6 angeordnet ist. Diese Welle 6 trägt weiterhin drehfest einen Handhebel 6
b, damit die Sperrung zwischen 6a und der Sperrnase am Hebel 5 a durch das
Drehen von 6 b im Uhrzeigersinne nach Belieben aufgehoben werden kann, sobald
der Sägevorgang beginnen soll, der dann unter der Wirkung des Gewichtes 5 c stattfindet.
Als
Trennwerkzeuge dienen die Bänder 7. Diese sind an ihren Enden in einen Rahmen 8
eingespannt, der seinerseits über einarmige Hebel 9 an einem verschiebbaren Wagen
10 schwingfähig gelagert ist. Am linken Ende des Rahmens 8 sind die Sägeblätter
7 in Schlitze eingeführt; durch den Rahmen sowie durch Löcher, welche in den Sägebändern
7 an diesen Enden vorgesehen sind, ist ein Bolzen 8 a hindurchgeführt, der auch
als Drehlager für die Schwinghebel 9 am linken Ende des Rahmens wirkt. Am rechten
Ende des Rahmens 8 sind die Sägeblätter mit ihren Enden ebenfalls in Schlitze eines
Querbalkens 8 b eingeführt, und durch diese Querbalken und Löcher in den rechten
Sägeblätterenden ist ein Bolzen 8 c hindurchgeführt. An dem Querbalken 8 b sind
Schraubenspindeln 8 d befestigt, die mit Hilfe von Flügelmuttern 8 e das Spannen
der Sägebänder 7 ermöglichen. Der Wagen 10 ist längs einer Führung bewegbar, welche
an dem Behälter 1 vorgesehen ist. Diese Führung wird gebildet durch die beiden Gleitbahnen
11 und 12 auf dem Behälterrand. Die eine Gleitbahn 11 ist so ausgebildet, daß sie
zum Kippen des Wagens 10 um die Längsachse dieser Bahn 11 dienen kann. Zum Zertrennen
des Werkstückes 4 erfährt der Wagen 10 eine kontinuierliche Bewegung längs seiner
Führung 11, 12 durch die Schraubenspindel 13, mit welcher die Mutter 10 a
des Wagens 10 zusammenwirkt. Der Antrieb der Schraubenspindel 13 erfolgt
mittels eines Schneckengetriebes 14 durch einen Elektromotor 15. Der Wagen 10 hat
einen Anschlag 16, welcher vorzugsweise an dem Rahmen einstellbar ist. An seine
Stelle können auch mehrere unabhängig voneinander einstellbare Anschläge treten.
Der Anschlag 16 arbeitet mit Endschaltern 17 und 18 an der Wand des Behälters 1
zum Umschalten der Bewegungsrichtung zusammen. Dieser kontinuierlichen Bewegung
des Wagens durch den Schraubenspindelantrieb 13 ist für die zusätzliche Bewegung
der Sägeblätter noch eine Schwingungsbewegung überlagert, welche an dem Rahmen 8
erzeugt wird. Diese wird hervorgerufen mittels eines Magneten 19, der aus dem Spulensystem
19a und dem beweglichen Eisenkern 20 besteht, welcher an dem Rahmen
8 befestigt ist. Dieser Elektromagnet wirkt bei seiner Zugbewegung entgegen
den als Kraftspeicher dienenden Druckfedern 21 bzw. 22, so daß die Federn bei der
Betätigung des Magneten gespannt werden. Fällt die Speisung des Elektromagneten
weg, so sorgen die gespannten Federn für die Rückführung bzw. Bewegung des Rahmens
8 in der anderen Richtung.
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An die Stelle einer solchen Schwingbewegung mittels eines Magneten
kann auch eine motorische treten, wie sie in der F i g. 4 veranschaulicht ist, die
sinngemäß ebenfalls von dem Wagen 10 getragen wird. Sie besteht aus einem
Elektromotor 23, welcher an seiner Welle eine Nockenscheibe 24 trägt. Diese wirkt
auf den Rahmen B. Die Feder 25 sorgt für die Aufrechterhaltung einer kraftschlüssigen
Verbindung zwischen Rahmen 8 und Nockenscheibe 24.