DE1777318C - Vorrichtung zum Ritzen von Halbleiterscheiben. Ausscheidung aus: 1427750 - Google Patents

Description

D'-i Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ritzen von Halbleiterscheiben an einer ihrer Flachseiten, bei der ein mit einer Spitze aus hartem Werkstoff versehenes Werkzeug unter gleichmäßigem, gegen die auf einer Unterlage festgehaltenen Halbleiterscheiben serichtetem Druck geradlinig auf den Scheiben geführt wird.

Solche Vorrichtungen sind beispielsweise aus der österreichischen PatentanmeldungA3512 60 2i al, 10 bzw. aus den USA.-Patentschriften 2 970 730 und 2 978 804 bekannt. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine vorteilhafte, insbesondere zum Bearbeiten von Scheiben aus Silicium oder Germanium dienende Apparatur anzugeben, die dazu geeignet ist, eine einstellbare gleichförmige Geschwindigkeit des Ritzwerkzeugs über die zu ritzenden Halbleiterscheiben zu gewährleisten.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ein das Ruzv.erkzeug tragender, längs einer horizontalen Führung verschiebbarer Wagen mit einer um ihre Achse drehbaren angetriebenen Rolle versehen ist, daß diese R.olle mit ihrem Umfang am Umfang einer Antriebswalze anliegt, deren Drehachse parallel zur horizontalen Führung des Wagens verläuft, und daß der Winkel zwischen den Drehachsen der Antriebswalze und der am Wagen befestigten Rolle auf verschiedene Werte einstellbar ist.

Neben der gleichförmigen Geschwindigkeit und exakten Führung des Ritzwerkzeugs ist bei einer solchen Vorrichtung außerdem ein elastischer weicher Einsatz der Spitze des Ritzwerkzeugs auf die zu ritzenden Halbleiterscheiben gewährleistet.

Beim Betrieb einer solchen Vorrichtung empfiehlt es sich, wenn die Geschwindigkeit, vor allem beim Ritzen von Siliciumscheiben, auf einen Wert von höchstens 0,05 m pro Sekunde eingestellt wird. Derart geringe Geschwindigkeiten las: ;r- sich mit Hilfe der erfindungsgemäBen Vorrichtung, die nun in ihren Einzelheiten an Hand der Fig. 1 bis 8 näher beschrieben wird, auf besonders einfache und exakte Weise erreichen. Die gleichmäßige Transportgeschwindigkeit des Werkzeugs und die einfache Umschaltung der Transportrichtung ist vor allem dank der Verwendung einer Antriebswalze möglich, die zugleich eine der beiden Führungen des das Ritzwerkzeug tragenden Wagens bildet. Außerdem läßt sich ein besonders weicher Einsatz auf Grund der Tatsache realisieren, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Antrieb des Werkzeugs über zwei an ihren Mantelflächen aneinandergelegte Rollen erfolgt. Schließlich wird die Umschaltung mit dem einfachen Mittel einer Umstellung der Achsrichtung der angetriebenen Rolle erreicht.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung sind auf ein;r Unterlage 1 zwei parallele Ständer 2 und 3 vorgesehen, welche die Lagerung für die Drehwelle 4 einer horizontalen Antriebswalze 5 bilden. Diese Antriebswalze 5 dient zugleich als Führung für einen das Ritzwerkzeug 39 tragenden Wagen 12. Die Antriebswalze 5 wird über einen Zahnradantrieb 6 von einem Elektromotor 7 in Umdrehung versetzt. Oberhalb der Lagerungen für die Drehwelle 4 der Antriebswalze S ist jeder der Ständer 2 und 3 mit je einem durch eingedrehte Schrauben 8 bzw. 9 gegebenen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Wagens 12 versehen. Die Einstellung dieser Anschläge ist durch je eine auf ihren Schaft aufgedrehte Kontermutter 10 bzw. 11 möglich.
Als zweite Führung für den Wagen 12 ist eine sich

parallel zur geometrischen Achse 20 der Antriebswalze 5 erstreckende Gleitschiene 17 vorgesehen.

In den Fig. 3, 4 und 5 sind Einzeiheken über den Antrieb des Wagens 12 durch die Antriebsw alze 5 i>_ezeigt. Zufolge Fi g. 3 ist der Wagen 12 mit zwei starren Fortsätzen 13 und 14 versehen, die je eine Rolle 15 und 16 tragen. Diese um die Fortsätze Ii und 14 _ai. Drehachse drehbare Rollen liegen oben und unten an der horizontalen Gleitschiene 17 an und ermös-Ii-hen auf diese Weise einen reibungsarmen Transport. Sie sind die eigentlichen Stützendes Wagens 12. Γ ne weitere Stütze ist über die angetriebene Rolle 19 u :d die Antriebswalze 5 gegeben."Bei der in F i s. 1 iv/eigten Darstellung befindet sich ακ Gleitschiene j" hinter der Antriebs« ?lze 5. Man erkennt außer-,: m. daß die Antriebswaize 5 durch eine horizontale i'■'■nehmung 21 des Wagens 12 hHUi<n\.haeführt ist ι ■}. daß dieser über die in seine-η !nricren mit ihm v.vbundene angetriebene Rolle ::ui ,1.■: Antriebsv ize 5 aufsitzt.

Weitere Einzelheiten der HJ^T·-<\.ι·>£ der ^nszetriebe-, . ·■. Rolle 19 im Wagen 12 sind ;.u> den F : eT 4 und 5 .. chtlich. Die Drehachse 13 der .muetriehc-nen Rolle ' . ist in einem gabelförmig:η H. her 22 drehbar se- ! en, der seinerseits in ein. η nreh'auer 24 mittels • er teils als Feder ausgeb-.kieu.·!; vertikalen Dreh- )c 23a im Wagen 12 gehaheri :-.t. Damit ist auch ( angetriebene Rolle 19 um nie \eriikal und senk-

■ u zur Achse 20 der Ans.' ' 'va'/e 5 orientierte t fationsachse23 der Dreliv.■,:.. :.}■: schwenkbar an i rdnet.

Die Antriebswalze rotiere /.. B. (F ic. 5) in Rich-

■ g des Pfeiles III um ihre Achse 20. Der Umriß der ; eetriebenen Rolle ist in F i g. 5 ak Rechteck ange-

0 tet. Ihre Mittelebene nimmt eine mittlere Lage f ?! ein, bei der die Drehachsen 18 und 20 parallel

¹ gen. Der Wagen 12 bleibt dann trotz der Rotation .-..τ Antriebawalze 5 und der Rolle 19 in Ruhe. Wird < ü-iegen die angetriebene Rolle ?9 um die Achse 23 ve.schwenkt, so daß die Mittelebene der Rolle 19 rieht mehr die Stellung 19/«. sondern entweder die {■•".ellung 19m, oder 19m., einnimmt und somit mit eier soeben beschriebenen Mittellage 19/?! einen vcn KuIl verschiedenen Winkel \, oder x, bildet, dann v.ird der Wagen 12 längs der Antriebswalze 5 verschoben. Nach Einstellung eines Winkels A₁ wandert eier Wagen 12 in Richtung I. nach dem Einstellen eines Winkels α., in Richtung II.

Die Umstellung der Rolle 19 ims einer Grenzlage mit einem Winkel λ, in eine Grenzlage mif einem Winkel \.„ und umgekehrt, erfolgt mittels eines in Fig. 2 dargestellten Schnappschalter. Dieser besteht jius zwei horizontalen Hebeln 25 und 26. die beide auf der Drehwelle 23a (Fig. 4) aufsitzen. Der Hebel 25 ist mit der Drehwelle 23 a starr verbunden, der Hebel 26 hingegen auf der Welle 23 λ drehbar gelagert. Man erkennt außerdem in Fig. 6, daß ein Arm des Hebels 25 mit einem Arm des Hebels 26 mittels einer sogenannten Haarnadelfeder 28 (z. B. von Sicherheitsnadeln her bekannt) verbunden ist. Man erkennt außerdem in Fig. 6. daß die mittels der Haarnadelfeder 28 verbundenen Arme 28a/28 b der Hebel 25 und 26 ebenso wie die beiden anderen Arme dieser Hebel unterschiedliche Längen haben. An dem Wagen 12 sind außerdem zwei Paare von (gegebenenfalls verstellbaren) Anschlägen 311 und 32 bzw. 31a und 32a vorgesehen. Durch dfe Anschläge 31 und 32 werden die Endstellungen des Hebels 25, durch die Anschläge 31a und 32a die Endstellungen des Hebels 26 festgelegt. Dank der Spannkraft der Haarnadelfeder 28 liegen die Hebel 25 und 26 an einem der beiden ihnen jeweils zugeordneten Anschläge an. Nun sind, wie man aus F i g. 6 erkennt, die Stellungen der beiden Hebel 25 und 26 des Schnappschalters normalerweise so. daß das freie Ende des Hebels 26 — in Richtung der Bewegung des Wagens gesehen — vor dem freien Ende des Hebels 25 liegt. In dem in ίο F i g. 6 gezeigten Zustand der Anordnung bewegt sich der Schnappschalter und die mit ihm verbundene angetriebene Rolle 19 nach links. Die Länge des freien Arms des Hebels 26 ist so bemessen, daß er im Laufe der Bewegung des Wagens 12 sowohl mit dem Anschlag 8 als auch mit dem Anschlag 9 in Berührung gelangt. Die in Fis. 6 gezeigte Situation entspricht dem Zustand unmittelbar vor der Berührung mit dem Anschlag 8. Nach dem Einsetzen der Berührung, wird der freie Arm des Hebels 26 ώ-- noch aufrechterhalte tenen Bewegung des Wagens 12 entgegengesetzt, also gegen den Uhrzeigersinn, um seinen Drehpunkt auf der Drehwelle 23a gedrückt und dadurch seine Verbindung mit dem Anschlag 31 α gelöst. Die Reibung, vor ?.'!em die Reibung der angetriebenen Rolle 19 au! der Antriebswalze 5 hält aber den Hebel 25 in seiner bisherigen Lage fest, so daß der Wagen 12 in der bisherigen Richtung (Pfeil I), also von rechts nach links, noch weiterläuft. Hierdurch wird der durch den Anschlag 8 zurückgehaltene Hebel 26 des Schnappschalters immer mehr gegen den zweiten Hebel 25 gedrückt, und die Haarnadelfeder 28 durch Zusammendrücken der Schenkel 28a und 28b immer mehr gespannt. Schließlich wird das hierdurch auf den Hebel 25 ausgeübte Drehmoment stark genug, um die Rolle 19 und damit den Hebel 25 in die andere (durch den Anschlag 31 bedingte) Grenzlage umzusetzen. Dabei dreht sich auch die in den ösen 27 und 30 der Hebel Hebel 25 und 26 gelagerte, im Auge 29 gegebenenfalls mehrere Windungen aufweisende Feder um ihre Symmetrieachse, so daß sie sich entspannen kann. Dadurch wird der Hebel 26 gegen den Anschlag 32 α gedrückt.

Der Wagen 12 läuft nunmehr in die entgegengesetzte Richtung (Pfeil II), also von links nach rechts. Bei der Ankunft des Wagens 12 am anderen Ende seines Weges wird wieder der Hebel 26 — nunmehr im Zusammenwirken mit dem Anschlag 9 — die Umsetzung der Rolle 19 und die Bewegung des Wagens 12 in die ursprüngliche Richtung in Gang bringen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist an der Vorderseite des Wagens 12 eine um eine Achse 35 drehbare Nabe mit sich radial nach außen erstreckenden Armen 33. 36, 40 und 42 drehbar befestigt. Der Hebel 36 ist Träger des Ritzwerkzeuges 39. der Arm 40 Träger einer verschiebbaren Belastung 41. Der Arm 33 (vgl. auch Fig. 6) wird vom Hebel 25 niedergedrückt, sobald er am Anschlags? anliegt. Dies ist der Fall, wenn der Wagen 12 von links nach rechts geführt δο wird. Durch die Betätigung des Hebelarmes 23 durch den Hebel 25 r'es Schnappschalters wird also das Werkzeug 39 angehoben. Befindet sich hingegen der Hebel 25 des Schnappschalters am Anschlag 32, also bei von rechts nach links laufendem Wagen, dann ist der Hebelarm 33 frei und somit das Werkzeug 39 in seiner Arbeitslage. Dei schließlich noch vorgesehene Arm 42 der Nabe 34 verhindert zusammen mit einem am Wagen 12 mittels einer Schraubfassung 44 gehal-

terten Anschlag 42 ein zu tiefes Absinken des Werkzeugs 39 durch die Wirkung des Gewichtes 41.

Aus den Fig. 1 und 2 ersieht man, daß an der Unterlage 1 noch zwei winkelförmige und sich senkrecht zur Achse 20 der Antriebswalze 5 erstreckenden horizontale Laufschienen 45 und 46 vorgesehen sind, auf denen mittels der Spurräder 47, 48, 49 und 50 ein Wagen 55 verschiebbar ist. (Die Radachsen sind mit 51 bis 54 bezeichnet.) In diesen Wagen ist ein Arbeitstisch 56 init U-förmigem Querschnittsprofil einsetzbar. Das U-förmige Profil setzt sich an den Stellen 56a und 56i> nach außen in je einen Flansch 56 c bzw. 56 d fort. Dort sind zwei Spannschienen 57 bzw. 58 mittels Schrauben 59 bzw. 60 befestigt und spannen über die Oberseite des Tisches eine Kunststoffolie 62, z. B. aus biegsamen PVC, aus. Auf dieser werden die zu bearbeitenden Halbleiterscheiben 61 festgeklebt.

Bei der in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Vorrichtung gemäß der Erfindung wird das Werkzeug 39 bei festgehaltener Lage des Tisches 56 und damit der Halbleiterscheiben 61 von rechts nach links, also in Richtung I, auf den Halbleiterscheiben 61 geführt, so daß eine Furche geritzt wird. Nach Erreichen der durch den Anschlag 8 bedingten linken Endstellung des Wagens tritt der bereits beschriebene Umschaltmechanismus ein, demzufolge der Wagen 12 bei aufrechterhaltenem Rotationszustand in Richtung III der Antriebswalze 5 von links nach rechts, also in Richtung II, in seine rechte durch den Anschlag 9 bedingte Endstellung zurückgeführt wird. Während dieser Phase ist das Werkzeug 39 angehoben, so daß der Tisch 56 in die neue Arbeitslage gebracht werden kann.

Es empfiehlt sich, die Phase der Bewegung in Riehtungll kürzer als die Phase der Bewegung in Richtung I einzustellen, was durch einen im Vergleich zum Winkel i, entsprechend größer bemessenen Winkel a₂ geschehen kann. (Das Verhältnis der Winkel λ, : λ._, läßt sich ersichtlich durch entsprechende Anordnung der die Grenzlage der Hebelarme 25 und 26 des Schnappschalters in Fig. 6 festlegenden Anschläge einstellen.) Während nämlich das Ritzen der Scheiben, wie bereits oben angedeutet, nur mit geringer gleichmäßiger Geschwindigkeit erfolgen soll. wird für die Zurückführung des Wagens 12 in seine rechte Endstellung und die Einstellung des Wagens 55 in die neue Arbeitslage nur wenig Zeit benötigt.

Der Einstellung des Wagens 55 und damit der Halbleiterscheiben 61 in die neue Arbeitslage dient ein weiterer am Wagen 12 vorgesehener Anschlag 64, der an einer gewinkelten Halterung 63 einstellbar befestigt ist. Der Anschlag 64 betätigt in der linken Endstellung des Wagens 12 einen Schalter 65 zur Betätigung einer den Elektromagneten 67 in Fi g. 7 betätigenden Steuerung 66.

In Fig. 2 und 7 ist ein Gewicht76 erkennbar, welches über eine Rolle 75 einen Seilzug 72 betätigt. Dieser liefert die zur Verschiebung des Wagens 55 und damit des Tisches 56 erforderliche Kraft IV. Zur Steuerung der Bewegung des Wagens 55 ist an seiner Unterseite eine Zahnstange 71 befestigt. In diese greift ein U-förmiger, um eine ortsfeste und senkrecht zur Zahnstange 71 und parallel zur Achse-20 orientierte Drehachse 69 drehbarer Klinkenhebel 70 mit seinen beiden Armen 70a und 70b ein. Wird nun nach dem Erreichen der linken Einstellung des Wagens 12 der Elektromagnet 67 eingeschaltet, dann übt er über den Hebel 68 einen Zug an dem vorderen (in der Darstellung in Fig. 7 linken) Arm 70α des Klinkenhebels aus. Damit dreht sich der Klinkenhebel bei der in F i g. 7 eingenommenen Betrachtungsweise entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehachse 69. Das Ende dieser Drehung wird durch den Anschlag des hinteren (rechten) Armes 70 b des Klinkenhebels

70 an der Zahnstange 71 bestimmt. Der U-förmige Klinkenhebel ist nun so bemessen, daß der hintere Hebelarm 70b sich etwa in der Mitte des Abstandes zweier benachbarter Zähne der Zahnstange 71 befindet, wenn der vordere Hebelarm 70a durch Anschlag an einem Zahn die Bewegung der Zahnstange

71 und damit des Wagens 55 sperrt. Außerdem ist dafür gescvjt, daß beim Absenken des Armes 70a der Arm 70 ft bereits in den Bereich zwischen zwei benachbarten Zähnen der Zahnstange 71 eingeschoben ist, bevor der andere Arm 70α die Zahnstange 71 und damit den Wagen 55 völlig freigegeben hat. Dann zieht das Gewicht den Wagen 55 in die neue Arbeitsstellung.

Die Betätigung des Elektromagneten 67 erfolgt nicht vor dem Umsetzen der angetriebenen Rolle 19 im Wagen 12. Sobald sich der Wagen 12 in die Richtung II, also von links nach rechts, bewegt, wird die Betätigung des Schalters 66 und damit die des Elektromagneten 67 unterbrochen. Damit geht der U-förmige Klinkenhebel 70 wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Die Verschiebung des Wagens 55 in Richtung des Zuges IV dauert also so lange, bis der Hebelarm 70a am nächsten Zahn der Zahnstange 71 die Bewegung des Wagen 55 wieder sperrt. Der Hebelarm 70ft hat vor allem die Aufgabe, die Auslenkung des Hebelarmes 70 α zu begrenzen. Die Rückbewegung des Klinkenhebels 70 wird außerdem durch eine (nicht dargestellte) Rückführungsfeder unterstützt. Der in Fig. 2 am Wagen 55 vorgesehene Anschlag 78 betätigt beim Erreichen der Endlage des Wagens 55 einen elektrischen Schalter 77, durch den beispielsweise die Maschine abgeschaltet wird.

Das Ritzwerkzeug 39, z. B. eine Diamantspitze oder eine Spitze aus einer Legierung aus Wolframcarbid und Kobalt, ist an einem Träger 38 und dieser in einer Einspannvorrichtung 37 am Ende des bereits erwähnten Armes 36 der Nabe 34 befestigt. Das Werkzeug 39 und seine Halterung 38 kann also ausgewechselt werden. Dies ist vor allem dann von Interesse, wenn man ein schneidenförmiges Werkzeug 39 bezüglich seiner Schneidenrichtung parallel zu der erzeugenden Ritzspur orientieren will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung ~um Ritzen von Halbleiterscheiben an einer ihrer Flachseiten, bei der ein ."Ht einer Spitze aus hartem Werkstoff versehenes Werkzeug unter gleichmäßigem, gegen die auf einer Unterlage festgehaltenen Halbleiterscheiben gerichtetem Druck geradlinig auf den Scheiben geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Ritzwerkzeug (39) tragender, längs 2iner horizontalen Führung (17) verschiebbarer Wagen (12) mit einer um ihre Achse (21) drehbaren angetriebenen Rolle (19) versehen ist, daß diese Rolle (19) mit ihrem Umfang am Umfang einer Antriebswalze (5) anliegt, deren Drehachse (20) parallel za> horizontalen Führung (17) des Wagens verläuft und daß der Winkel zwischen den Drehachsen der Antriebswalze (5) und der am Wagen (12) befestigten Rolle (19) auf verschiedene Werte einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene Rolle (19) im Wagen (12) in einem zwischen zwei stabilen Endstellungen um seine Achse (23) schwenkbaren Halter (22) drehbar gelagert ist und daß Anschläge (8. 9) vorgesehen sind, die den Halter (22) beim Erreichen der Endstellung des Werkzeugs (39) selbsttätig von einer stabilen Endstellung in die andere staoüe Endstellung umsetzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzwerkzeug (39) mittels eines unter einstellbarer Belastung gehaltenen und gegen zu tiefes Absinken gesicherten Hebelarms (36) drehbar am Wagen (12) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schwenkachse (23) des Halters (22) für die angetriebene Rolle (19) ein doppelarmiger Hebel (25) drehfest und ein mit den Anschlägen (8, 9) die Umsetzung zwischen den Endstellungen bewirkender doppelarmiger Anschlagshebel (26) drehbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Schrittschaltwerk für den Vorschub eines die zu behandelnden Halbleiterscheiben (61) tragenden Tisches (56), das durch den Wagen (12) beim Erreichen seiner jeweiligen Endstellung in Bewegung gesetzt (Jen Tisch in eine neue Arbeitsstellung bringt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrittschaltwerk aus einer Zahnstange (71) und einer in deren Zähne eingreifenden, von einem seinerseits durch die Bewegung des Wagens (12) schaltbaren Elektromagneten (77) betriebenen Sperrklinke (70, 71) besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Tisch (56) eine nachgiebige, mit den zu behandelnden Halbleiterscheiben (61) durch Klebers zu verbindende Folie (62) befestigt ist.