DE2758887A1

DE2758887A1 - Verfahren zum abtragenden bearbeiten von siliciumstaeben und -rohren sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2758887A1
Application number: DE19772758887
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Koeppl; Firedrich Ing Grad Steudten
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1977-12-30
Publication date: 1979-07-05
Also published as: IT7852470A0; FR2413179A1; GB2015394A; FR2413179B1; DK507178A; JPS5494193A; GB2015394B; US4211040A; BE873142A

Description

Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von Siliciumgtäben und -rohren sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Siliciumstäbe oder -rohre werden üblicherweise durch Abscheidung aus gasförmigen zersetzlichen Halogensilanen, üblicherweise im Gemisch mit Wasserstoff, an auf Abscheidetemperatur erhitzten Trägerkörpern hergestellt. Die erhaltenen polykristallinen Siliciumstäbe werden in einem anschließenden Prozeß durch tiegelloses Zonenschmelzen in einkristallines Material überführt. Bei diesem Verfahren werden üblicherweise nur absolut gerade Stäbe mit möglichst blanker Oberfläche eingesetzt, das bedeutet, daß die polykristallinen Stäbe, wie sie in der Gasabscheidung anfallen und deren Oberfläche mit einer Unzahl von Pusteln und warzenähnlichen Vorsprüngen übersät ist, erst rundgeschliffen werden müssen. Auch bei den Siliciumrohren, die als Reaktionsräume bei Hochtemperaturprozessen in der Halbleitertechnik, insbesondere bei Diffusions-, Oxidations- und Epitaxieprozessen, eingesetzt werden, wird vom Verwender meist eine glatte Oberfläche gefordert.

Kleine Siliciumstäbe oder -rohre von einigen Zentimetern Länge lassen sich dabei meist relativ problemlos in herkömmlichen Rundschleifmaschinen bearbeiten. Beim Übergang zu langen Stäben mit beispielsweise 1 bis 2 m Länge oder insbesondere Siliciumrohren dieser Länge mit Durchmessern von IO bis 20 cm bei einer Wandstärke von etwa 0,5 bis 1 cm, lassen sich Bit derartigen herkömmlichen Maschinen, bei welchen der Siliciumkörper waagrecht über Spitzen oder auch spitzenlos eingespannt und mit ein bis zwei Werkzeugen glattgeschliffen wird, nicht mehr bearbeiten. Die Biegebelastung durch das Eigengewicht wird bei diesen Körpern aufgrund der dem Silicium innewohnenden Sprödigkeit so groß, daß sie, insbesondere die Rohre, bereits beim bloßen Einspannen häufig zu Bruch gehen. Auch bei Verwendung einer mit dem Werkzeug über den SiIiciumforrakörper mitfahrenden Lunette, welche den Siliciumkörper insbesondere gegen den An-

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preßdruck des Werkzeugs abstützen soll« ist der durch Bruch verursachte Ausschuß noch erheblich.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rundschleifen von Siliciurarohren und -stäben zu finden, bei welches die Bruchgefahr minimalisiert wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Werkstück senkrecht gehaltert wird und die Anpreßdrücke der Einzelwerkzeuge durch deren entsprechend gleichmäßige Anordnung am Umfang des Werkstückes gegenseitig weitgehend kompensiert werden.

Durchführen läßt sich dieses Verfahren vermittels einer Vorrichtung, welche aus einem Metallrahmen mit in Deck- und Bodenplatte übereinander angeordneten Halterungen zur Werkstückaufnähme sowie einem vertikal geführten und bewegbaren Werkzeugschlitten mit den für die Bearbeitung des Werkstückes erforderlichen Einzelwerkzeugen besteht. Der Werkzeugschlitten enthält dabei mehrere, vorzugsweise etwa 3 bis 7» motorgetriebene Schleifwerkzeuge, beispielsweise Schleifscheiben oder Drehmeißel, die in der horizontalen Ebene im gleichen Abstand zum Mittelpunkt der Werkstückdur ch führung angebracht sind.

Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Schleifscheiben der Einzelwerkzeuge jeweils am Kopf einer in der horizontalen Ebene ein- und ausschwenkbaren Schwinge befestigt sind, wobei sämtliche Schwingen über in der Länge verstellbare Gelenke mit einem zur Werkstückdurchführung konzentrischen drehbaren Hing verbunden sind. Durch Drehung dieses Ringes läßt sich der Anpreßdruck sämtlicher Einzelwerkzeuge auf das Werkstück einheitlich verringern oder vergrößern.

Anhand der Abbildungen, in welchen eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft schematisch dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert werden.

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In Figur 1 ist eine vertikale Rundschleifmaschine gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Figur 2 zeigt den Verkzeugschlitten der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in der Aufsicht.

Das zu bearbeitende SiIiciumwerkstück 1, beispielsweise ein Siliciumstab, welcher an den beiden Enden mit einer zentrischen Bohrung versehen wurde, wird auf das untere Zentrierstück 2 aufgesetzt, während das obere Zentrierstück J₁ welches über einen Rollkörner 4 in einer Kolbenstange 5i welche beispielsweise hydraulisch aus dem Spannzylinder 6 ausgefahren werden kann, in die am oberen Ende des SiIiciumstabes 1 zentrisch angebrachte Bohrung passend eingesetzt wird. Das untere ZentrierstUck 2 dient dabei gleichzeitig als Mitnehmer, d.h. es kann über den Elektromotor 7 über das Getriebe 8 in Drehung versetzt werden, die auf den zu bearbeitenden Stab übertragen wird. Ein Mitdrehen der Kolbenstange 5 wird dabei durch den Rollkörner 4 ausgeschlossen.

Zwischen der Bodenplatte 9 und der Deckplatte 10 befinden sich außerdem mehrere Führungssäulen 11, an welchen der eigentliche Verkzeugschlitten 12 in der horizontalen Position exakt fixiert über den Kettenantrieb 13 vermittels Getriebemotor 14 und Ausgleichsgewicht 15 gehoben oder abgesenkt werden kann.

Die auf dem Verkzeugschlitten angebrachten Einzelwerkzeuge bestehen dabei beispielsweise aus einer Schleifscheibe l6, welche über eine Spindel 17 im Kopf einer Schwinge l8 befestigt ist und vermittels eines Elektromotors 19 über beispielsweise einen Keilriemenantrieb 20 in Drehung versetzt werden kann. Die Schwinge l8 ist dabei am anderen Ende auf eine in der Grundplatte des Verkzeugschlittens 12 angebrachte Halterung 21 aufgesteckt, wobei die Schwinge l8 um diese Halterung, welche als Drehpunkt der Schwinge fungiert, nach innen oder außen geschwenkt werden kann.

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Anhand der Figur 2 wird der Wirkungsmechanismus der Einzelwerkzeuge näher erläutert. In der Abbildung ist der Werkzeugschlitten 12 in der Aufsicht wiedergegeben. Der Werkzeugschlitten folgt in den äußeren Konturen der Form eines Dreiecks, wobei sich in den drei Ecken entsprechende Bohrungen 22 für die Aufnahme der Führungssäulen 11 befinden. Innerhalb des Werkzeugschlittens 12 befindet sich ein Stellring 23« welcher über geeignete Führungen 24, beispielsweise Rollen, exakt zentriert und geführt wird. Der Stellring läßt sich mit Hilfe des Stellzylinders 25 um einige Grad vor- oder zurückdrehen. Die Schwingen l8 der Einzelwerkzeuge sind dabei über einen Hebel 26 mit dem Stellring 23 verbunden. Wird der Stellring nun beispielsweise im Uhrzeigersinn bewegt, so werden durch diese Bewegung, die auf die Schwingen übertragen wird, die Schleifscheiben sämtlicher Einzelwerkzeuge vollkommen gleichmäßig nach innen geschwenkt. Es wird hierdurch gewährleistet, daß der Anpreßdruck sämtlicher Einzelwerkzeuge auf das zu bearbeitende Werkstück weitgehend, wenn nicht völlig gleich ist. Nachdem die Schleifscheiben der Einzelwerkzeuge das Werkstück in vertikaler Richtung zweckmäßig etwas gegeneinander versetzt bearbeiten, wodurch sich der in den Abbildungen sichtbare stufenweise Abtrag am Werkstück ausbildet, ist der Abstand der Schleifscheiben von der Werkstückachse bei den Einzelwerkzeugen etwas unterschiedlich. Um nun trotzdem einen möglichst gleichen Anpreßdruck der Einzelwerkzeuge auf das Werkstück zu realisieren, sind in den Hebeln 26, welche die Schwingen 18 der Einzelwerkzeuge mit dem Führungsring verbinden, beispielsweise Schraubgewinde angebracht, in welchen die Hebellänge der Einzelwerkzeuge bei Verfahrensbeginn unterschiedlich, d.h. auf die Stufentiefe bei der Bearbeitung abgestimmt, eingestellt werden kann, so daß durch eine Bewegung des Stellrings 23 ein im wesentlichen gleicher Anpreßdruck der Einzelwerkzeuge auf das Werkstück resultiert. Der Anpreßdruck der Einzelwerkzeuge auf das Werkstück wird dabei durch die Lage der Einzelwerkzeuge weitgehend kompensiert· Dies erfolgt dadurch, daß die Einzelwerkzeuge so am Umfang.des Werkstücks angeordnet werden, daß der freie Kreisbogen, der zwischen den Ansatzstellen je zweier Einzelwerkzeuge liegt, im wesentlichen gleich ist.

Als Schleifscheiben werden Üblicherweise Scheiben mit Besatz aus Borcarbid, Siliciumcarbid oder vorzugsweise Diamantkörnern verwendet. Anstelle solcher Schleifscheiben lassen sich auch Drehmeißel einsetzen. In

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diesem Fall muß allerdings das Werkstück sehr schnell gedreht werden um zu einem vernünftigen Abtrag in der Zeiteinheit zu kommen. Werden keine Stäbe, sondern Rohre rundgeschliffen, so müssen anstelle der Zentrierstifte 2 und 3 entsprechende Halterungen oder Klammern eingesetzt werden, durch welche das Rohrstück genau zentriert gehaltert und in Drehung versetzt werden kann. Die Drehung der Rohre bzw. Stäbe bei der Bearbeitung mit Schleifscheiben ist dabei abhängig vom jeweils zu bearbeitenden Formkörper und liegt bei etwa 100 bis 600 U/min. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Werkzeugschlitten mit seinen Einzelwerkzeugen unter Bearbeitung des Werkstücks von einem Ende zum anderen geführt wird ist dabei abhängig von der Art des Werkstücks, von dem beabsichtigten Abtrag sowie von der Zahl der Einzelwerkzeuge und nicht zuletzt der eingestellten Umdrehung des Werkstücks selbst.

Gemäß der Erfindung gelingt es, unter Ausschaltung jeglicher .Bruchgefahr, Siliciumstäbe und -rohre rundzuschleifen.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum abtragenden Bearbeiten von Siliciumstäben und -rohren durch mehrere auf dera Umfang verteilt angeordnete Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück senkrecht gehaltert wird und die AnpaßdrUcke der Einzelwerkzeuge durch deren entsprechend gleichmäßige Anordnung am Umfang des Werkstückes gegenseitig weitgehend kompensiert werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Metallrahmen mit in Deck- und Bodenplatte übereinander angeordneten Halterungen zur Werkstückaufnahme sowie einem vertikal geführten und bewegbaren Werkzeugschlitten mit den für die Bearbeitung des Werkstückes erforderlichen Einzelwerkzeugen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der Werkzeugschlitten 3 bis 7 motorgetriebene Schleifwerkzeuge enthält, die in der horizontalen Ebene im gleichen Abstand zum Mittelpunkt der Werkstückdurchführung angebracht sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3· dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheiben der Einzelwerkzeuge jeweils am Kopf einer in der horizontalen Ebene ein- und ausschwenkbaren Schwinge befestigt sind, wobei sämtliche Schwingen über in der Länge verstellbare Gelenke mit einem zur Werkstückdurchführung konzentrischen drehbaren Ring verbunden sind.

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