DE7017942U - DEVICE FOR PROCESSING OBJECTS. - Google Patents
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, (t) Patent attorneys Dipl.-Ing. F. Weickmann, (t)
Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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Vorrichtung zur Bearbeitung von GegenständenDevice for processing objects
Für elektronische Steuervorrichtungen werden kreisförmige Siliciumplättchen verwandt, die eine Dicke im Bereich von ungefähr 0,022 bis 0,038 cm und einen Durchmesser im Bereich von annähernd 1,9 bis 3,8 cm aufweisen. Um die elektrische Feldstärke an der Oberfläche des Plättchens unter die der Feldstärke im Inneren herabzusetzen und um einen stabilen Betrieb der Siliciumvorrichtung bei Spannungen über 800 Volt zu gewährleisten, ist ea notwendig, an dem Umfang jedes Plättcb^ns eine glatte gleichförmige Abschrägung anzubringen.For electronic control devices, circular silicon wafers are used which have a thickness in the range of approximately 0.022 to 0.038 cm and a diameter in the range of approximately 1.9 to 3.8 cm. To the electric Field strength on the surface of the platelet below that of the field strength in the interior and to a stable one To ensure operation of the silicon device at voltages above 800 volts, ea is necessary on the perimeter of each Plättcb ^ ns to apply a smooth, uniform bevel.
Gegenwärtig werden Abschrägungen an Silicium gewöhnlich mit Hilfe eines Schleifmittels, das in einem Luftstrom aufgeblasen wird, durch Schleifen mit Diamantwerkzeugen oder durch Beschneiden in einer elektrischen Entladevorrichtung hergestellt.At present, bevels on silicon are usually made with the aid of an abrasive which is blown in a stream of air is made by grinding with diamond tools or by trimming in an electrical discharge device.
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Jedes dieser Verfahren weist jedoch Nachteile auf, wie etwa eine rauhe, nicht gleichförmige Oberfläche, eine schlechte Reproduzierbarkeit, ein Einfressen oder Reißen des Siliciums oder übermäßige Kosten.However, each of these methods has drawbacks such as a rough, non-uniform surface, a poor one Reproducibility, silicon galling or cracking, or excessive cost.
Die vorliegende Neuerung strebt eine einfach wirkende Vorrichtung zur Ausbildung vorbestimmter Umrisse auf verhältnismäßig harten Oberflächen, wie etwa der Oberfläche eines Siliciumplättchens, an.The present innovation aims at a single-acting device for the formation of predetermined outlines on a relatively hard surfaces such as the surface of a silicon wafer.
Gemäß der vorliegenden Neuerung wird eine Vorrichtung zur Ausbildung einer gewünschten Umrißlinie auf einem verhältnismäßig harten Materialstück, wie etwa einem dünnen zylindrischen Siliciumplättchen angegeben, das sich dadurch auszeicanet, daß das Plättchen auf einer ebenen Unterlage befestigt wird, daß eine kleine Menge eines Diamantläppmaterials auf die Umfangsoberfläche des Plättchens aufgebracht wird, daß ein hartes Stahlwerkzeug, das eine abgeschrägte untere Fläche aufweist, mit einem leichten Druck auf das Plättchen abgesenkt wird, so daß die abgeschrägte untere Fläche des Werkzeuges auf der Umfangsoberfläche des Plättchens zur Auflage kommt, und daß das Werkzeug, während es auf das Plättchen abgesenkt wird, eine Umdrehungsgeschwindigkeit im Bereich von annähernd 2500 bis 5000 Umdrehungen pro Minute aufweist.According to the present innovation, an apparatus for forming a desired outline on a relatively hard piece of material, such as a thin cylindrical silicon wafer specified, which is characterized by it, that the plate is attached to a flat surface, that a small amount of a diamond lapping material on the Peripheral surface of the chip is applied that a hard steel tool that has a beveled lower surface is lowered with a slight pressure on the plate, so that the beveled lower surface of the tool comes to rest on the peripheral surface of the platelet, and that the tool while it is lowered onto the platelet has a rotational speed in the range of approximately 2500 to 5000 revolutions per minute.
Im folgenden soll die Neuerung näher anhand eines in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispieles erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:In the following, the innovation will be described in more detail with reference to a preferred embodiment shown in the drawing explained. In the drawing show:
Pig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Neuerung;Pig. 1 is a schematic side view of a device according to the innovation;
Pig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles der in Pig. 1 gezeigten Vorrichtung, in der besonders ein Siliciumplättchen dargestellt ist, bevor seine Kante bzw. sein Rand abgeschrägt worden ist,Pig. Figure 2 is a schematic perspective view of a part the one in Pig. 1, in which a silicon wafer is shown in particular before its edge or its Edge has been beveled,
Fig. 3 eine schematische Teilseitenansicht eines Teiles der in Pig. 1 gezeigten Vorrichtung, in der besonders ein kreisförmiges Siliciumplättchen dargestellt ist, dessen obere Umfangskante bereits abeschrägt worden ist, Pig. 4 einen vergrößerten senkrechten Schnitt entlang einem Durchmesser des kreisförmigen Siliciumplättchens und des allgemein zylindrischen Werkzeuges, das mit dem Plättchen in Eingriff kommt, wobei das Werkzeug in einer Arbeitsstellung im Eingriff mit dem Plättchen dargestellt ist und wobei das zwischen dem Werkzeug und dem Plättchen angeordnete Material eingezeichnet ist.3 is a schematic partial side view of part of FIG in Pig. 1, in which a circular silicon wafer is shown in particular, the upper peripheral edge of which Has already been tapered, Pig. 4 is an enlarged vertical section along a Diameter of the circular silicon wafer and the generally cylindrical tool that engages the wafer in Comes engagement, wherein the tool is shown in a working position in engagement with the plate and wherein the Material arranged between the tool and the plate is shown.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Maschinenwerkzeug einer Bohrmaschine bezeichnet, bei der ein fester Ständer 12 von einer feststehenden Basis H aus nach aufwärts vorsteht. Ein Halterungsarm 16 ist mit einem Ende 16a verschiebbar auf dem Ständer 12 angeordnet, und an dem anderen Ende 16b des Armes 16 ist drehbar eine senkrechte Spindel 18 angebracht. Ein elektrischer Motor 20, der an dem Haltearm 16 befestigt ist, steht über einen Riemen und eine Riemenantriebsscheibe 21 in treibendem Eingriff mit einem Teil 18a mit verringertem Durchmesser der Spindel 18.In Fig. 1, the reference numeral 10 is a machine tool denotes a drilling machine in which a fixed stand 12 protrudes upward from a fixed base H. A support arm 16 is slidable at one end 16a the stand 12, and at the other end 16b of the arm 16, a vertical spindle 18 is rotatably attached. An electric motor 20, which is attached to the support arm 16, is via a belt and a belt drive pulley 21 in FIG driving engagement with a reduced diameter portion 18a of the spindle 18.
ι Der Haltearm 16 ist über ein fesbes Glied 23 mit einer Hülse verbunden, die sich um den Ständer 12 herum erstreckt, und :r Haltearm ist mit dieser Hülse über eine Hebelvorrichtung 25 verbunden, die einen Handgriff 26 und einen aus einer Zahnstange und einem Zahnritzel bestehenden Mechanismus (nicht dargestellt) umfaßt, der in der Hülse 24 angeordnet ist und zwischen dem Handgriff und dem Ständer 12 derart wirkt, daß die Hülse und der damit verbundene Haltearm 16 abgesenkt werden, wenn der Handgriff im Uhrzeigersinn aus der in Fig. gezeigten Stellung um die Schwenkachse X gedreht wird.The holding arm 16 is via a fixed member 23 with a sleeve which extends around the stand 12, and: the holding arm is connected to this sleeve via a lever device 25 connected, which has a handle 26 and a mechanism consisting of a rack and pinion (not shown), which is arranged in the sleeve 24 and acts between the handle and the stand 12 such that the sleeve and the holding arm 16 connected to it are lowered when the handle is turned clockwise from the position shown in FIG. The position shown is rotated about the pivot axis X.
Ein Werkzeugkopf 30, mit dem eine Abschrägung ausgeführt werden kann und der aus einem harten Werkzeugstahl hergestellt und herausnehmbar in einem von der Spindel 18 gehaltenen Bohrfutter 32 angeordnet ist, weist '.ine mit einer Aussparung versehene untere Fläche auf, die durch eine kegelstumpfförmige Wand 34 gebildet wird. Die Wand ist nach einwärts unter einem Winkel Y abgeschrägt, der 6° oder weniger beträgt, und dieser Winkel bestimmt den Winkel, Oer auf der Umfangskante des kreisförmigen Siliciumpl:ittchens ausgebildet wird.A tool head 30, with which a bevel can be made and which is made of a hard tool steel and which is removably arranged in a drill chuck 32 held by the spindle 18, has a lower surface provided with a recess, which is formed by a frustoconical wall 34 is formed. The wall is sloped inwardly at an angle Y, is 6 ° or less, and this angle determines the angle Oer on the peripheral edge of the circular Siliciumpl: ittchens is formed.
Zu Beginn eines Abschrägun^sarbeitsvorganges wird ein kreisförmiges Siliciumplättchen W mit einer Seite auf die ebene Oberfläche einer feststehenden Halterungsplatte 40 aufgelegt, die aus Stahl oder Alumini'om hergestellt sein kann. Das Plättchen wird an der Platte 40 dadurch befestigt, daß auf die Platte 40 eine Menge eines niedrig-schmelzenden, geschmolzenen '.Vachses aufgebracht wird, daß das Plättchen W auf das Wachs inAt the beginning of a beveling operation, it becomes circular Silicon wafer W placed with one side on the flat surface of a fixed mounting plate 40, which can be made of steel or aluminum. The platelet is attached to the plate 40 by placing on the plate 40 a quantity of a low-melting, molten '. Vachses is applied that the plate W on the wax in
70179« 2i t. 7870179 «2i t. 78
einer vorbestimmten Stellung auf der Platte aufgesetzt wird, und daß sodann das Wachs abkühlen gelassen wird. Die Platte wird sodann mit Hilfe einer Ausrichtespannvorrichtung in einer vorbestimmten Stellung so auf der Grundplatte angeordnet, daß die Umfangskante des Plättchens W direkt unter der abgeschrägten Wand 34 des Werkzeugkopfes 30 liegt. Auf die Oberfläche des Plättchens wird sodann entlang der äußeren Umfangskante ein Streifen aus einem Dxamantläppmaterial M aufgebracht. Sodann wird der Motor 20 eingeschaltet, so daß sich der Kopf 30 dreht, und der Handgriff 26 wird im Uhrzeigersinn verschwenkt, so daß der Kopf abgesenkt wird, bis er mit dem Plättchen in Eingriff kommt.is placed in a predetermined position on the plate, and that the wax is then allowed to cool. The plate is then arranged on the base plate in a predetermined position with the aid of an alignment jig, that the peripheral edge of the plate W lies directly below the beveled wall 34 of the tool head 30. on the surface of the plate then becomes a strip of a dxamantap material M along the outer peripheral edge upset. Then the motor 20 is turned on so that the head 30 rotates, and the handle 26 is in the Pivoted clockwise so that the head is lowered until it comes into engagement with the plate.
Ein Diamantläppmaterial, das sich bei der Abschrägung von Siliciumplättchen mit der neuerungagemäßen Vorrichtung als zufriedenstellend erwiesen hat, wird von der Kay Industrial Diamond Co. unter der Bezeichnung Kay Industrial Diamond 15 N.B.S.-Naturdiamant-8,22/U Korngröße verkauft. Das Schleifmaterial liegt in Form einer öligen Paste vor und wird in einer Tube oder einer Spritze geliefert, so daß auf die abzuschrägende Oberfläche ein ringförmiger Streifen aufgebracht werden kann.A diamond lapping material that can be used when beveling Silicon wafers with the novel device as has been found to be satisfactory, is being sold by Kay Industrial Diamond Co. under the name Kay Industrial Diamond 15 N.B.S.-Natural Diamond-8.22 / U grit size sold. The abrasive material is in the form of an oily paste and is supplied in a tube or syringe so that on the beveled Surface an annular strip can be applied.
Der Werkzeugkopf wird mit dem Plättchen unter einem leichten Druck in Berührung gebracht, der ausreicht, um eine konstante Berührung mit dem Plättchen aufrechtzuerhalten. Unter dem Druck des sich drehenden Kopfes und der Wirkung des Elamantläppmaterials wird die Umfangskante des Plättchens derart abgeschrägt, daß ihre Form im wesentlichen der Form der Wand des Kopfes 30 entspricht, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.The tool head is brought into contact with the plate under a slight pressure sufficient to maintain a constant Maintain contact with the platelet. Under the pressure of the spinning head and the action of the Elaman lapping material the peripheral edge of the plate is bevelled so that its shape is substantially the shape of the wall of the head 30 as shown in FIG.
70179« 2M. η70179 «2M. η
Wenn . :>_* Durchmesser und die Dicke der zu bearbeitenden Plättchen ebenso wie der gewünschte Abschrägungswinkel bekannt sind so ist auch der Innendurchmesser D (Fig. 3) des fertigen Plättchens bekannt. Dementsprechend kann eine Oberflächenmeßlehre in Form eines ^y"■ndrischen Blockes, der einen Durchmesser aufweist, der gleich der Abmessung D ist, verwandt werden, um das Plättchen zu überprüfen. Diese Überprüfung wird dadurch ausgeführt, daß die Meßlehre auf die Oberseite des PlättchetiS aufgesetzt wird und daß visuell die Abmessung D und der .Durchmesser der Meßlehre verglichen werden. Eine abschließende Überprüfung kann mit genaueren Meßinstrumenten durchgeführt werden. Ein vollständiger Abschrägungsarbeitsvorgang kann an dem Plättchen durch eine einzige Bearbeitung mit dem sich drehenden Kopf durchgeführt werden, jedoch können auch eine Reihe von Bearbeitungsvorgängen notwendig sein.If . :> _ * Diameter and the thickness of the platelets to be processed Just as the desired bevel angle is known, so is the inside diameter D (Fig. 3) of the finished one Plate known. Accordingly, a surface measuring gauge in the form of a ^ y "ndrischen block, which has a diameter which is equal to dimension D, can be used to inspect the wafer. This review is carried out in that the measuring gauge is placed on the top of the plate and that visually the dimension D and the diameter of the gauge are compared. A final Verification can be carried out with more accurate measuring instruments. A complete bevel operation can be performed on the wafer by a single machining with the rotating head, however A number of machining operations may also be necessary.
Nach einem Abschrägungsarbeitsvorgang werden der Werkzeugkopf 30, das Plättchen W und die Halterungsplatte 40 mit einem Blatt Papier abgerieben, an dem sodann das Diamantläppmaterial hängt. Wenn sich ein Haufen Papierblätter angesammelt hat, werden die Blätter verbrannt und der Verbrennungsrückstand wird eingesammelt. Aus diesem Verbrennungsrückstand wird das Diamantschleifmaterial abgetrennt, und es wurde festgestellt, daß annähernd 80 $> des ursprünglichen Diamantmaterials zurückgewonnen werden kann. Durch diese Rückgewinnung des Materials wird der Abschrägungsarbeitsvorgang gemäß der vorliegenden Neuerung verhältnismäßig billig.After a beveling operation, the tool head 30, die W, and support plate 40 are rubbed with a sheet of paper to which the diamond lapping material is then attached. When a pile of paper sheets has accumulated, the sheets are burned and the combustion residue is collected. The diamond abrasive material is separated from this combustion residue and it has been found that approximately $ 80 of the original diamond material can be recovered. This recovery of the material makes the beveling operation according to the present invention relatively inexpensive.
Weiterhin soll darauf hingewiesen werden, ^aß die Y,ra arsen ein-· lichkeit eines Zerbrechens der Plättchen weitgehend verringert wird, da der Yireri-:zeui xopf 30 im Vergleich zu einem Diamantwerkzeug, das bisher für derartige Abschräirungsarbeitsvorgänge verwandt wurde und das 10 000 bis 15 000 Umdrehungen pro Ilinute ausführte, eine verhältnismäßig niedrige Drehzahl aufweist .Furthermore, it should be noted, ^ ate the Y, r a single arsenic · friendliness of breakage of the platelets is largely reduced because the Yi r eri-: zeui XOPF 30 compared to a diamond tool that has been used for such Abschräirungsarbeitsvorgänge and which performed 10,000 to 15,000 revolutions per minute, has a relatively low speed.
Wenn ein Siliciumplättche^ gemäß der neuerungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet wird, so kann auf dem Plättchen eine Endbearbeitung von 8 bis 10 /um erhalten werden, während mit anderen Abschrägungsvorrichtungen Endbeorbeitungen von 2 5 bis 400/um erhalten werden.If a silicon wafer ^ according to the inventive device is machined, a finish of 8 to 10 µm can be obtained on the wafer while using other beveling devices finishing operations from 2 5 up to 400 / µm can be obtained.
Wie bereits oben erwähnt wurde, ist das Plättchen in einer festen, vorbestimmten Stellung an der Halterung 14 angebracht, so daß das Werkzeug mit seinem Umfangsteil in Eingriff koiornt. In der Praxis kann die Einrichtung, die dazu dient, uc κ., .eiförmige Plättchen auf der Halterung anzuordnen, au- Pinem Führungskreis bestehen, der in der Halterung ' ·*, direkt unter dem Werkzeug eingraviert ist. Es dürfte ersichtlich sein, daß die oben beschriebene Schleifvorrichtung besonders dazu geeignet ist, den Druck zu steuern, der auf das Plättchen ausgeübt wird, da diese Schleifvorrichtung von Hand betätigt wird.As already mentioned above, the plate is attached to the holder 14 in a fixed, predetermined position, so that the tool koiornt with its peripheral part in engagement. In practice, the device used to create uc κ.,. Egg-shaped To arrange platelets on the holder, au- Pinem There are leadership circles in the bracket '· *, directly below is engraved on the tool. It should be apparent that the grinding device described above is particularly suitable for this purpose is to control the pressure exerted on the wafer as this grinding device is operated by hand.
Obgleich festgestellt wurde, daß der Abschrägungswinkel bei Siliciumplättchen, die eine Dicke bis zu 0,o38 cm aufweisen, 6° nicht überschreiten sollte, so können dennoch größere Winkel bei anderen Gegenständen wie etwa Gegenständen gebildetAlthough it has been found that the taper angle for silicon wafers up to 0.038 cm thick, Should not exceed 6 °, larger angles can still be formed with other objects such as objects
werden, clie dicker sind oder die aus einem anderen Material hergestellt sind.that are thicker or made of a different material are made.
Es ist ersichtlich, daß die oben beschrieben Vorrichtung sehr billig im Vergleich zu einer Vorrichtung ist, wie sie bei anderen Verfahren verwandt wird.It can be seen that the device described above is very inexpensive compared to a device such as that shown in FIG other methods are used.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß durch die vorliegende Neuerung eine Vorrichtung zur Herstellung einer Abschrägung mit einem vorbestimmten Winkel auf einem Siliciumplättchen angegeben wird. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß, obgleich ein Läppsiaterisl und ein sich drehendes, Druck anwendendes Werkzeug zum Polieren flacher Metalloberflächen bereits verwandt wurde, die vorliegende Erfindung die erste Verwendung einer solchen Vorrichtung und eines solchen Materials zur Änderung der körperlichen Gestalt eines Gegenstandes von einer geometrischen Form zu ein?r anderen darstellt.From the above description it can be seen that the present Innovation a device for producing a bevel with a predetermined angle on a silicon wafer is specified. It should also be noted that, although a lappsiaterisl and a rotating, pressure applied tool for polishing flat metal surfaces has already been used, the present invention is the first Use of such a device and such material for changing the physical shape of an object from one geometric shape to another.
Aus Pig. A ist ersicntlich, daß die untere Fläche des Werkzeugs 30 aus einer geneigten, inneren Fläche besteht, wählend die Abschrägung, die dementsprechend an dem Plättehen ausgebildet wird, aus einer geneigten, äußeren Fläche besteht. Natürlich würde, wenn an dem Plättchen eine konkave Oberfläche ausgebildet werden soll, der hierzu passende Teil des Werkzeugs konvex ausgebildet sein. Die Gestalt der Oberfläche des Werkzeugs ist somit "umgekehrt" zu der gewünschten Gestalt und dementsprechend wird in den folgenden Ansprüchen der Ausdruck "umgekehrt" bzw. "entgegengesetzt" für die relative Ausrichtung der Fläche des Werkzeugs und der gewünschten FlächeFrom Pig. It can be seen that the lower surface of the tool 30 consists of an inclined, inner surface, while the chamfer, which is accordingly formed on the die, consists of an inclined, outer surface. Of course, if a concave surface is to be formed on the platelet, the appropriate portion of the tool would be convex. The shape of the surface of the tool is thus "inverted" to the desired shape and accordingly in the following claims the term "inverted" or "opposite" is used for the relative orientation of the surface of the tool and the desired surface
verwandt. Diese Tatsache stellt ein weiteres bestimmendes Merk-[ mal gegenüber dem normalen Läpparbeitsvorgang dar, bei demrelated. This fact represents another defining feature [ times compared to the normal lapping process in which
! eine ebene Läppfla'che mit einer ebenen Fläche in Eingriff kommt,! a flat lapping surface engages a flat surface,
wobei der Zweck dieser Arbeitsweise darin besteht, nicht die Form des Gegenstandes zu verändern, sondern ihn lediglich zu polieren.the purpose of this mode of operation being, not the To change the shape of the object, but only to polish it.
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