DE2548329C2

DE2548329C2 - Verfahren zum Schneiden von stabförmigen Kristallen in Scheiben und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2548329C2
Application number: DE2548329A
Authority: DE
Inventors: George R. Wappingers Falls N.Y. Santillo jun.
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-16
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1985-03-14
Also published as: DE2548329A1; JPS5175380A; GB1452976A; FR2294816B1; FR2294816A1; JPS5818360B2; US3915770A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schneiden von stabförmigen Kristallen in dünne Scheiben entlang einer bezüglich der Kristallängsachsc festgelegten Ebene, wobei auf die gewünschte Schnittlinie eine chemische Ätzlösung aufgebracht und eine Relativbewegung zwischen der Angriffslinie der Ätzlösung und dem Kristall in der Schnittebene herbeigeführt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der deutschen Patentanmeldung S 26 701 Ib/80d

ist ein Verfahren zum Sägen von stab- oder birnenförmigen Kristallen mittels einer mit einem starken ätzenden Elektrolyten befeuchteten Fadensäge in Scheiben bekannt. Dieses Verfahren ist wegen der unvermeidli chen Abnutzung des Fadens für ein fabrikmäßiges Ver fahren zur Herstellung von dünnen Scheiben definierter Dicke ungeeignet

Es ist die Aufgabe der Erfindung zur Vermeidung des bei der Verwendung der bekannten SchneidvorrL+itung

ίο auftretenden schnellen Verschleißes ein einfaches Verfahren und eine Schneidvorrichtung anzugeben, bei deren Einsatz höhere Standzeiten der Schneidvorrichtung erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der ein-

gangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 und mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 8 gelöst. Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, daß die Ätzlösung mit Hilfe einer in der Schnittebene rotierenden Scheibe, auf deren Umfang sie aufgebracht wird, gegen die Schnittlinie des Kristalls geschleudert wird. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß entlang der

Schnittlinie des Kristalls im Beaufschlagungsbereich der Ätzlösung, vorzugsweise zwischen Kristall und Ätzlösung, ein gegenüber der Ätzlösung resistenter elektrischer Heizdraht eingebracht wird. Vorzugsweise wird die Älzlösung in tagentialer Richtung auf die rotierende

jo Scheibe aufgebracht und in radialer Richtung von der Scheibe gegen die Schnittlinie des Kristalls geschleudert.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, daß der Kristall und/oder die Ätzlösung im Be reich der Schnittlinie auf 50 bis 100⁰C erhitzt werden. Beim Schneiden eines Siliciumkristalles wird in vorteilhafter Weise eine Ätzlösung aus einer Mischung von Salpetersäure (HNOj), Flußsäure (HF) und Essigsäure (CHjCOOH) verwendet.

Zwar ist aus der D-AS 12 28 986 ein Verfahren bekannt, mit dem Kristallplatten unte.· der Einwirkung von Schleifstaub oder -schlamm, welcher radial von einer rotierenden Scheibe abgeschleudert wird, zerschnitten werden. Die Anwendung des genannten Verfahrens zum Schneiden von stabförmigen Kristallen in dünne Scheiben ist in der Auslegeschrift nicht beschrieben, und das Verfahren wäre für diesen Zweck auch ungeeignet Die Voraussetzung für ein brauchbares Verfahren für die Herstellung dünner Scheiben ist nämlich, daß der Materialbetrag auf eine eng begrenzte, allmählich in den Kristall hineinwandernde, senkrecht zur Schneidrbhtung liegende Fläche (Boden des Schnittkanals) beschränkt ist, d. h. von den Seitenwänden des Schnittkanals kein Material abgetragen wird. Diese Vorausset- zung erfüllt das in der DAS beschriebene Verfahren nicht.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Seitenansicht, und

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in Draufsicht.

b^r, Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung dient dazu, eine chemische Ätzlösung entlang der beabsichtigten Schncidlinic und in der gewünschten Ebene bezüglich der Längsachse des stabförmigen Kristalls iO durch

Ausschleudern auf den Kristall aufzubringen. Zu diesem Zweck wird eine chemische Ätzlösung 11 mittels einer Düse 12 tangential auf den Umfang 13 einer rotierenden Scheibe 14 derart aufgebracht, daß die Ätzlösung entlang der beabsichtigten Schnittlinie und in der bestimmten Ebene bezüglich der Längsachse 15 des Kristalls 10 in radialer Richtung ausgeschleudert wird. In dem dargestellten Ausführungsbeiopiel ist die Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 15 des Kristalls.

Der stabförmige Kristall 10 kann in der üblichen Weise mittels einer Einspannvorrichtung 16 befestigt sein. Geeignete Vorrichtungen hierfür sind beispielsweise ein Backenfutter oder eine Einspannvorrichtung mit steuerbarem Vorschub in Richtung der Längsachse des Kristalls.

Im Bereich der Schnittiinie wird eine Wärmeeinwirkung herbeigeführt, wobei mindestens der Kristall oder die Ätzlösung erhitzt werden. Zu diesem Zweck ist in der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung ein Heizdraht 17 an einem Isolierstück 18 befestigt, das zur Aufnahme des Kristalls 10 eine Ausnehmung !9 aufweist. Der Heizdraht 17 ist an dem isolierstück mittel'- der Bolzen 20, 21 befestigt, wodurch eine Ausdehnung des Heizdrahtes über die Ausnehmung 19 ermöglicht wird. Über die Bolzen 20,21 erfolgt mittels der Leitungen 22,23 die Stromzuführung zur Erhitzung des Drahtes. Selbstverständlich besteht der Heizdraht aus einem Material, das von der chemischen Ätzlösung nicht angegriffen wird. Beispielsweise kann der Heizdraht, ebenso wie die Scheibe aus Tantal, Coiumbium (Niob) oder Wolfram bestehen, wobei Tantal zu bevorzugen ist.

Der Heizdraht ist angrenzend an den Umfang 13 der Scheibe 14 angeordnet und liegt während des Schneidens beim Durchdringen des Kristalls 10 stets vor der Scheibe.

Wenn der Draht vom Strom durchflossen wird, erreicht er eine hohe Temperatur, durch welche sowohl der Kristall 10 als auch die Ätzlösung 11 erhitzt werden. Dadurch wird das Ätzen entlang der Schnittlinie und in der Schnuiebene bezüglich der Achse des Kristalls beschleunigt.

Die Zusammensetzung der im Betrieb verwendeten Ätzlösung hängt von der Struktur des Kristalls, der Schnittgeschwindigkeit und von der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit ab. Zum Beispiel kann die Ätzlösung aus einem Gemisch von verschiedenen Säuren bestehen, beispielsweise Salpetersäure (HNOj), Flußsäure (HF) und Essigsäure (CHiCOOH) in konzentrierter Form und im Volumensverhältnis von 3:2:1 oder 5:3:1 oder 8:3:1. Diese Zusammensetzungen sind lediglich als Beispiele anzusehen, da die Ätzlösung vielerlei Zusammensetzungen haben kann.

Durch Erhöhen der Temperatur der Ätzlösung mittels des Heizdrahtes auf etwa 50 bis 100⁰C wird der Schneidvorgang beschleunigt. Die unmittelbare Nähe des Heizdrahtes an der Kristalloberfläche bewirkt gleichzeitig auch eine Erhitzung des Kristalls, die sich ebenfalls dahingehend auswirkt, daß sich die Abtragungsgeschwindigkeit erhöht.

Zur Herstellung von dünnen Kristallscheiben, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von Scheiben aus Halbleitermaterial, muß eine Relativbewegung zwischen dem Kristall und der chemischen Ätzlösung hergestellt werden. Zu diesem Zweck kann die Einspannvorrichtung 16 mi· einem Antrieb 25 verbunden werden, um eine hin- und hergehende Bewegung des Kristalls 10 in der beabsichtigten Schnittebenc herbeizuführen. Ebenso kann der Kristall stationär angeordnet sein und der Isolierblock und die Scheibe können eine hin- und hergehende Bewegung ausführen.

Zusätzlich kann nach jedem Schneidvorgang der Kristall in Richtung des Pfeils 26 um einen bestimmten Betrag vorgeschoben werden, um die richtige Lage für den nächsten Schnitt zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schneiden von stabförmigen Kristallen in dünne Scheiben entlang einer bezüglich der Kristallängsachse festgelegten Ebene, wobei auf die gewünschte Schnittlinie eine chemische Ätzlösung aufgebracht und eine_ Relativbewegung zwischen der Angriffslinie der Ätzlösung und dem Kristall in der Schnittebene herbeigeführt wird, d a -durch gekennzeichnet, daß die chemische Ätzlösung auf die Schnittlinie geschleudert wird und daß im Bereich der Schnittlinie der Kristall und/oder die Ätzlösung erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung mit Hilfe einer in der Schnittebene rotierenden Scheibe, auf deren Umfang sie aufgebracht wird, gegen die Schnittlinie des Kristalls geschleudert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Schniuünie des Kristalls im Beaufschlagungsbereich der Ätzlösung, vorzugsweise zwischen Kristall und Ätzlösung, ein gegenüber der Ätzlösung resistenter elektrischer Heizdraht eingebracht wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung in tangentialer Richtung auf die rotierende Scheibe aufgebracht und in radialer Richtung von der Scheibe gegen die Schnittlinie des Kristalls geschleudert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristall und/oder die Ätzlösung im Bereich der Schnittstelle auf 50 bis 100⁰C erhitzt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, insbesondere zum Schneiden eines Siliciumkristalls. dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung aus einer Mischung von Salpetersäure (HNOJ, Flußsäure (HF) und Essigsäure (CHjCOOH) gebildet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Kristalle aus Halbleitermaterial geschnitten werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Schnittebene rotierende Scheibe (14) vorgesehen ist, von der die auf ihrem Umfang (13) mittels einer Düse (52) aufgebrachte Ätzlösung (11) in radialer Richtung gegen die Schnittlinie des Kristalls (10) geschleudert wird, daß ein bügeiförmiger, ein Isolierstück (18) mit einer Aussparung (19) zur Aufnahme des Kristalls (10) umspannender Heizdraht (17) vorgesehen ist, der entlang der Schnittlinie auf dem Kristall aufliegt und daß die Halterung des Kristalls in der Schnittebene relativ zu der Scheibe (14) und dem Heizdraht (17) verschiebbar ist.