DE2252060C3 - Maschine zum Bearbeiten von Halbleiterrohlingen - Google Patents

Description

Aus der US-PS 31 54 990 ist bereits eine Maschine zum Bearbeiten von Halbleiterrohlingen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art bekannt. Bei dieser Maschine, deren Schneidkopf als offene Hohlspindel mit einer Innenlochsäge ausgebildet ist, wird zunächst der Halbleiterrohling auf einem Halter befestigt, der seinerseits am Support der Maschine befestigt wird. Danach wird der Halbleiterrohling in Scheiben zerschnitten, die darauf auf getrennten Maschinen geschliffen und poliert werden müssen.

Bei dieser Verfahrensweise ist die Arbeitsproduktivität verhältnismäßig gering, weil große Zeitverluste durch Hilfsoperationen entstehen. So müssen die beim Zerschneiden entstehenden Plättchen gewaschen und zum Schleifen weitertransportiert werden. Vor dem Schleifen werden die Plättchen auf Scheiben geklebt

_r und dann geschliffen, um ihre eine Ebene zu glätten. Danach werden die Scheiben mit'cieri Plättchen gewaschen, um sie von Schleifteilchen und -spänen zu befreien. Ihre Dicke wird gemessen, und sie werden zum

- nachsteh Arbeitsgang, zum Polieren, wekergeleitet. Das Polieren geschieht in mehreren Arbeitsschritten mit Hilfe von Schleif- und Polierscheiben mit sich vermindernder Korngröße der Schleifmittel und Schleife scheiben, wobei die Scheiben mit den Plättchen nach jedem Arbeitsgang gewaschen werden und die Dicke der von den Plättchen abgenommenen Schicht gemessen wird. Danach werden die Plättchen von den Scheiben gelöst und durch Waschen vom Klebstoff befreit.

Bei der maschinellen Bearbeitung der Halbleiterroh-Iinge auf den zur Zeit vorhandenen Vorrichtungen sind Materialverluste unvermeidlich, weil beim Zerschneiden der Rohlinge zu Plättchen Dickenabweichungen der abgeschnittenen Plättchen infolge des Schiagens des Schneidkopfes entstehen. Daher müssen die Platt-ίο chen zum Dickenausgleich geschliffen werden, wodurch teures Material in Form von Spänen verlorengeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine zum Bearbeiten von Halbleiterrohlingen anzugeben, bei deren Anwendung die Arbeitsproduktivitäi bei hoher Bearbeitungsgenauigkeit gegenüber der dei bekannten Maschine wesentlich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die vorr Patentanspruch 1 erfaßten Maßnahmen gelöst.
Da die erfindungsgemäße Maschine sämtliche zur Bearbeitung einer Fläche notwendigen Einrichtungen enthält, wobei die Anzahl der jeweils für die Bearbeitung einer Fläche notwendigen Gruppen von Bearbeitungseinrichtungen praktisch beliebig gewählt werden kann, wird die Arbeitsproduktivität gegenüber der der bekannten beträchtlich dadurch gesteigert, daß die Scheiben vor dem Abschneiden wenigstens einseitig geschliffen und poliert werden. Da hierbei die Rohlinge während der gesamten Bearbeitung in einem Halter gehalten werden, ist die Bearbeitungsgenauigkeit während der einzelnen Arbeitsgänge seiir hoch. Hierdurch können auch die Materialverluste wesentlich vermindert werden.

Bevorzugte Ausgestallungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4.

Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Maschine mit drei Schneid- und sechs Polier- bzw. Schleifköpfen kann die Arbeitsproduktivität bei der maschinellen Bearbeitung beispielsweise von Siliciumrohlingen zur Herstellung von Sonnenfotoumformern bei gleichem Arbeitsprogramm ungefähr um das 20fache gesteigerl werden. Weiter ist die für den Maschinenpark erforderliche Fläche wesentlich geringer, und es kann Bedienungspersonal eingespart werden. So beträgt die Bearbeitungszeit von Siliciumrohlingen mit 45 bis 50 mm Durchmesser 35 Sekunden pro Plättchen, während sie bei den bekannten Maschinen etwa 10 Minuten beträgt. An Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher eriäutert. Es zeigt

F i g. 1 den Grundriß einer Maschine zum Bearbeiter von Halbleiterrohlingen in schematischer Darstellung, F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Schleifkopf,

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt durch den Schneidkopf und

F i g. 4 das Blockschaltbild der Steuerschaltung.
Die Maschine besteht aus einem Bett 1 und einerr Drehtisch 2 (Fi g. 1), auf denen alle anderen Baugruppen der Maschine montiert sind. Die Führungen 3 (F i g. 2) des Drehtischs 2 sind durch Labyrinthdichtungen 4 geschützt. Auf dem Bett 1 sind Schleifköpfe 5 Polierköpfe 6 und Schneidköpfe 7, ihr Antrieb, der Anis trieb des Drehtisches 2 und Zahnstangen 8 (F i g. \ r, montiert.

Die Schleifköpfe 5, die Polierköpfe 6 und die Schneidköpfe 7 sind derart gebaut, daß das Arbeits-

werkzeug (die Schleif-, Polier- oder Diamantschneidscheibe) über einen Keilriemen 9 (F i g. 2, 3) von einem ,Gleichstrommotor in Drehung angetrieben werden, während der Kopf über ein Kulissenwerk 10 von einem ^Gleichstrommotor mit Untersetzungsgetriebe in eine Schwenkbewegung versetzt wird.

Die Schleifköpfe 5 und die Polierköpfe 6 bestehen iius einem Körper 11(Fi g. 2), welcher auf einen kegelförmigen Teil einer Hohlwelle 12 aufgesetzt ist und in einem Gleitlager 13, welches am Bett 1 angebracht ist, ,eine Schwenkbewegung ausführt.

Der Körper 11 und die Hohlwelle 12 sind durch Stifte 14 miteinander verbunden und zwischen zwei Spur-Klägern 15, 16 durch eine mit einer Justierschraube versehene Mutter 17 befestigt.

Das Kulissenwerk 10 ist an der Hohlwelle 12 durch Schrauben 18 befestigt. Durch die auf Radiallagern 19, 20 sitzende Hohlwelle 12 ist eine Welle 21 geführt, die über eine Riemenscheibe 22 und den Keilriemen 9 von einem Gleichstrommotor in Drehung versetzt wird.

Die Drehbewegung der Welle 21 wird über eine Riemenscheibe 23, einen Keilriemen 24, eine Spannrolle 25 und eine Riemenscheibe 26 auf eine Welle 27 übertragen, an der die Schleif- bzw. Polierscheibe 28 befestigt ist. Die Welle 27 sitzt in einem Gleitlager 29, welches wiederum im Körper 11 in Radiallagern 30,31 sitzt. Die Welle 27 und die an ihr befestigte Schleif- bzw. Polierscheibe 28 können infolge eines Bajonettwerks 32 und eines Friktionswerks 33 längs der Achse des Lagers 29 etwas verschoben werden.

Die Schleif- bzw. Polierscheibe 28 mit dem zur Schleifbearbeitung dienenden Teil, der elastisch befestigt ist und einen Schleifmittelüberzug an der Stirnseite trägt, ist durch eine Schutzhaube 34 abgedeckt. Der ganze Kopf befindet sich unter einem Schutzblech 35.

Der Schneidkopf 7 (Fig.3) besteht aus einem auf den kegelförmigen Teil einer Hohlwelle 37 aufgesetzten Körper 36. Die Hohlwelle 37 führt in einem Gleitlager 38 Schwenkbewegungen, das seinerseits am Bett 1 angebracht ist.

Der Körper 36 und die Hohlwelle 37, welche durch Stifte 39 miteinander verbunden sind, sind zwischen ,zwei Spurlagern 40, 41 durch eine mit einer Justierschraube 43 versehene Mutter 42 befestigt. Das Kulissenwerk 10 (F i g. 2, 3) ist an der Hohlwelle 37 durch Schrauben 44 befestigt. Durch die auf Radiallagern 45, 46 sitzende Hohlwelle 37 ist eine Welle 47 geführt, welche über die Riemenscheibe 48 des Keilriemens 9 von einem Gleichstrommotor in Drehung versetzt wird.

Die Drehbewegung der Welle 47 wird über eine Riemenscheibe 49, einen Flachriemen 50 und eine Spannrolle 51 auf eine Spindel 52 übertragen, an welcher eine Diamantscheibe 53 mit innenseitiger Schneidkante befestigt ist.

Ein Gleitlager 54 mit einstellbarem Spiel und die sich in ihm drehende Spindel 52 sind mit Hilfe einer Mutter 55 und eines Spurgleitlagers 56 im Körper 36 befestigt. Der Körper 36, das Lager 54 und die Spezialmulter 55 sind mit Labyrinthdichtungen 57,58 versehen.

Zum Schmieren der Reibflächen ist am Körper 36 ein Öler 59 angebracht. Zürn Abtransport der abgeschnittenen Plättchen aus der Bearbeilungszone befindet sich in der Spindel 52 eine Transporteinrichtung 60, welche unbeweglich über einen Kragarm 61 am Bett 1 (Fig. 1) befestigt ist. Die zum Abschneiden dienende Diamanischeibe 53 ist durch eine Schutzhaube 62 abgedeckt, während der ganze Kopf sich unter einem Schutzblech 63 (F i g. 3) befindet.

Auf dem Drehtisch 2 sind mehrere Schlitten 64 mit den Rohlingen, ein Steuerblock 65 (F i g. 1,4) des Drehtisches und ein Öler 66 zum Schmieren der Tischführungen montiert

Neben der Maschine befindet sich ein Steuerpult 67, in dem die Steuerblöcke für die Motoren der Köpfe und ein Wechselstromtransformator zum Speisen des Steuerblocks 65 untergebracht sind.

Der Drehtisch 2 wird durch einen Gleichstrommotor mit Untersetzungsgetriebe über ein Kurvengetriebe mit Triebstock in Drehung versetzt.

Der Schlitten 64 besteht aus folgenden Hauptbaugruppen und -teilen: einem Tragkörper 68 und einem Auflager 69, Führungen 70, einem Gehäuse 71 und einer Planscheibe 72 (F i g. 3).

Der Tragkörper 68 und die Auflager 69 sind starr am Tisch 2 (F i g. 1) befestigt. In den Tragkörper 68 ist eine Gewindebuchse 73 eingesetzt, in der mit dem einen ihrer Enden eine Spindel 74 (F i g. 3) befestigt ist. Auf das andere Ende der Spindel 74 ist mittels eines Federkeils ein Kegelrad 75 aufgesetzt, welches sich in einem Gleitlager 76 dreht, das in das Auflager 69 eingebaut ist. Das Kegelrad 75 ist durch ein Schutzblech 77 abgedeckt. Die Spindel 74 ist hohl und ist an ihrer Innenseite mit einem Gewinde versehen, dessen Steigung geringer als die des Außengewindes ist. In die Spindel 74 ist eine Spindel 78 eingesetzt, deren eines Ende ein Gewinde für die Hin- und Herverschiebung der Buchse 73 aufweist. Das andere Ende der Spindel 78 ist glatt ausgeführt und sitzt in einer Buchse 79, die im Tragkörper 68 befestigt ist.

Am glatten Ende der Spindel 78 ist ein Federkeil befestigt, während in der Buchse 79 sich eine Keilnut befindet, um eine etwaige Drehung der Spindel 78 zu verhüten.

An der Spindel 78 ist eine Kegelbuchse 80 befestigt, welche durch eine Mutter 81 festgezogen wird. Am Tragkörper 68 sind starr die Führungen 70 befestigt, in denen das Gehäuse auf Rollen 82,83 verschiebbar ist.

Die Rolle 83 ist so gebaut, daß das vorhandene Spiel beseitigt werden kann.

Das Gehäuse 71 ist mit Hilfe einer Sonderkegelschraube 84 mit der Kegelbuchse 80 verbunden.

In das Gehäuse 71 ist ein Gleichstrommotor 85 mit Untersetzungsgetriebe und elektrischer Bremse eingebaut. Dieser Motor versetzt die Planscheibe 72 in Drehung.

Die Planscheibe 72 läuft in Radiallagern 86, 87, welche im Gehäuse 71 sitzen. An der Innenseite der Planscheibe ist eine mit Bohrungen versehene Hülse 88 befestigt. Innerhalb der Hülse 88 ist gegenüber den Boh rungen am Gehäuse 71 ein Fotowiderstand 89 (F i g. 2 3) befestigt, während auf der Außenseite der Hülse 8f eine Lampe 90 angebracht ist.

In die Planscheibe sind mehrere Gleitlager 91 einge preßt, in denen eine Achse 94 unter Einwirkung vor Federn 92 und eines Elektromagnetstößels 93 eine Hin und Herbewegung ausführt.

Auf der Achse 94 sitzen schnell abnehmbare Ver Schlüsse mit den zu bearbeitenden Rohlingen 95.

Zum Schmieren der Achse 94 sind in die Planscheib 72 Fettpressen 96 eingepreßt.

Die elektrische Blockschaltung besteht aus einer Eingangsblock 97 (F i g.4) mit einem Leistungstransfoi mator und einer Kurzschlußsicherung aus Thyristoi gleichrichtern 98, 99, 100, 101 einer Umrechnungsvoi richtung 102 für zwölf Stellungen, einer Umrechnung; vorrichtung 103 Für sechs Stellungen und einem Mi

gnetanlasser 104 mit einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung an den Drehtischmotor und an den Steuerblock 65 (F Ί g. 1,4).

Der Steuerblock 65 des Drehtisches 2 besteht aus einem Gleichrichter 105, einem Zähler 106 für zv/ölf Stellungen längs des Kreisumfahgs, einem Zähler 107 für vier Stellungen längs des Kreisumfangs und aus Triggerblöcken 108, 109, 110, Hl, 112, 113, 114, 115 (F ig. 4). , ;,

Die oben beschriebene Maschine arbeitet folgendermaßen. Die zur Bearbeitung bestimmten Rohlinge 95 werden in die Verschlüsse eingelegt, die dann an der Achse 94 geschlossen werden. Hiernach wird Spannung an den F.ingangsblock 97 und die Gleichrichter 98, 99. 100. 101 gelegt. Von den Gleichrichtern 98, 99 gelangt die Spannung an die Motoren der Schneidköpfe 7.

Gleichzeitig wird über den Anlasser 104 (F i g.4) Spannung an den Block 65 gelegt, während von den Gleichrichtern 105 Spannung über den Zähler 107 für die Kreisumfangsstellungen an die Trigger 108, 112 gelangt. Die Trigger sprechen an und der Elektromagnet stößt, indem er die Feder 92 zusammendrückt, die Achse 94 mit dem Verschluß, in dem der Rohling 95 befestigt ist, in die Bearbeitungszone des Schneidkopfes 7 heraus.

Der eine Schwenkbewegung ausführende Schneidkopf schneidet ein Plättchen vom Rohling ab. welches auf die Transporteinrichtung 60 (F i g. 3) fällt und aus der Bearbeitungszone abtransportiert wird. Nach Beendigen des Schneidvorgangs nimmt der Schneidkopf seine Ausgangsstellung ein und betätigt den Endschalter, der über den Zähler 106 für die Kreisumfangsstellungen die Trigger 108,112 veranlaßt anzusprechen. Letztere wiederum schalten die Elektromotoren 85, ein, die in den Schlitten 64 angeordnet sind, welche sich gegenüber den Schneidköpfen 7 befinden.

Beim Drehen der Planscheibe 72 und der an ihr befestigten mit Bohrungen versehenen Hülse 88 werden die Bohrungen der Hülse 88 verschoben. Sobald das Licht der Lampe 90 über eine Bohrung auf den Fotowiderstand 89 fällt, sprechen die Trigger 108, 112 wiederum an und der Motor 85 wird angehalten, während der Stößel 93 des Elektromagnets den folgenden Rohling 95 zum Abschneiden desselben herausstößt.

In dieser Reihenfolge zerschneidet die Maschine alle auf die Planscheibe aufgesetzten Rohlinge. Hiernach spricht die Umrechnungsvorrichtung 102 für 12 Stellungen an und ein Signal wird dem Anlasser 104 für die Drehung des Tischs 2 zugeführt. Letzterer führt i/s einer vollen Umdrehung aus.

Nach Beendigung der Drehung des Tischs 2 gelangt ein Signal an die Umrechnungsvorrichtung 103 und die Elektromotoren der Schleifköpfe 5 werden eingeschaltet. Gleichzeitig werden die Elektromotoren 85 der Schlitten 64 eingeschaltet, welche in diesem Augenblick gegenüber den Schlcifköpfen 5 stehen. Die erwähnten Motoren versetzen die Planscheibe 72 in Drehung.

Die Schleifscheibe 28 beginnt sich zu drehen und sich gleichzeitig im Gleitlager 29 vorwärtszubewegen,, da das Friklionswerk 33 auf eine bestimmte Anpreßkraft der Schleifscheibe an die Stirnseiten der Rohlinge, die aus zu bearbeitendem Material bestehen, berechnet ist.

Nachdem diese Kraft erreicht ist, beginnt das Gleitlager 29 sich in den Radiallagern 30 zu drehen. Der Schleifprozeß beginnt. Gleichzeitig hiermit wird über die Trigger 109. 113 der Elektromagnet mit dem Stößel 93 betätigt und die Rohlinge auf den Schlitten 64 (F i g. 3), welche gegenüber den Schneidköpfen 7 stehen, werden der Reihe nach in die Bearbeitungszone herausgestoßen, abgeschnitten und auf oben beschriebene Weise abtransportiert.

Nach jedem Signal zur Drehung des Tischs 2 wird von der Umrechnungsvorrichtung 102 über die Umrechnungsvorrichtung 103 den Elektromotoren der Köpfe 5,6 ein Befehl gegeben. Die Elektromotoren dieser Köpfe werden umgesteuert und die Schleif- bzw. Polierscheibe 28 wird durch das Bajonettwerk 32 und das Friktionswerk 33 von der Planscheibe 72 fortgeführt, so daß der Tisch 2 sich drehen kann.

Beim Drehen des Tischs um '/3 seiner vollen Umdrehung greift das Kegelrad 75 in die Zahnstange 8 ein, welche in Drehungsrichtung des Tischs 2 vor dem Schneidkopf 7 auf das Bett aufgesetzt ist, und dreht sich um einen bestimmten Winkel. Hierbei treibt das Kegelrad 75 die in der Buchse 73 laufende Spindel 74 an, wobei gleichzeitig die Spindel 78 verschoben wird.

Bei ihrer Vorwärtsbewegung verschiebt die Spindel 78 das Gehäuse 71 des Schlittens 64 in den Führungen 70 um einen Wert, welcher gleich der Differenz der Steigungen der Spindeln 74, 78 ist. Das Verhältnis dieser Werte wird durch die erforderliche Dicke der abzuschneidenden Plättchen bestimmt und ist regelbar.

Die übrigen Köpfe und Schlitten werden analog der Reihe nach eingeschaltet.

Beginnend mit dem Augenblick, in dem alle Köpfe und Schlitten gleichzeitig arbeiten, beginnt die Maschine, im automatischen Betrieb zu funktionieren.

Wenn die Rohlinge vollkommen aufgebraucht sind, fährt der Schlitten 64 auf den Endschalter und gibt das Signal zum Ausschalten der Maschine. Die Maschine wird in derselben Reihenfolge ausgeschaltet, in der sie eingeschaltet wurde.

Das Gehäuse 71 des Schlittens 64 wird mit Hilfe einer abnehmbaren Einrichtung in die Ausgangsstellung zurückgeführt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Maschine zum Bearbeiten von Halbleiterrohlingen, die auf einem Schlitten befestigt sind, der in Richtung auf einen drehbaren Schneidkopf und in senkrechter Richtung hierzu bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schlitten (34) in gleichen Abständen radial verschiebbar auf einem schrittweise drehbaren Tisch (2) angeordnet sind, daß um den Drehtisch (2) herum in entsprechenden Abständen vor den Schneidköpfen (7) Schleif- und Polierköpfe (5, 6) angeordnet sind, und daß die Schneidköpfe (7) in der Bearbeitungsebene verschiebbar ausgebildet sind.

2 Maschine nach Anspruch 1, bei der der «Schneidkopf als offene Hohlspindel mit einer Innen-'ibchsäge ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlspindel (52) eine Transporteinrichtung (6) so angeordnet ist, daß der abgeschnittene Teil des Rohlings (95) auf die Transporteinrichtung (60) fällt.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an deren Bett (1) eine Zahnstange (8) befestigt ist, und daß an jedem Schlitten (64) eine Spindel (78) mit einem Zahnrad (75) befestigt ist, das bei Drehung des Drehtisches (2) in die Zahnstange (8) eingreift und bei Drehung der Spindel (78) den Schlitten (64) mit den Rohlingen (95) in Richtung der Schneidköpfe (7) um die vorgegebene Größe des abzuschneidenden Teils verschiebt.

4. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bett (1) Hohlwellen (37) angeordnet sind, an denen die Bearbeitungsköpfe und Kulissenwerke (10) zur Verschwenkung der Köpfe befestigt sind, und daß die Welle (47) des Antriebs dieser Köpfe in der Hohlwelle (37) angeordnet ist.