DE4138087C2

DE4138087C2 - Schleifmaschine zum Anfasen einer Kerbe in der Umfangsfläche eines scheibenförmigen Werkstücks

Info

Publication number: DE4138087C2
Application number: DE4138087A
Authority: DE
Inventors: Haruo Ozaki
Original assignee: EMTEC Co Ltd HACHIOJI TOKIO/TOKYO JP; EMTEC CO; Daito Shoji Co Ltd
Current assignee: Daito Electron Co Ltd
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: DE4138087A1; US5185965A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleifmaschine zum Anfasen der Kanten einer von der Umfangsfläche eines scheibenförmigen Werkstücks, insbesondere einer Halbleiterscheibe, sich radial nach innen erstreckenden Kerbe, mit einer Schleifscheibe, deren Drehachse rechtwinklig zur Werkstückdrehachse verläuft, und mit einer Steuerung für die Vorschub- und Zustellbewegungen von Schleifscheibe und Werkstück relativ zueinander.

Die Halbleiterscheibe, auf welche hier Bezug genommen wird, ist eine dünne, grob geschnittene Scheibe aus einem Halbleiterwerkstoff, beispielsweise Silizium, die man gewöhnlich erhält, indem eine zylinderförmige verfeinerte Einkristallmasse, wie zum Beispiel der in Fig. 6 gezeigte Block 1, in Scheiben 2 geschnitten wird. Die Oberfläche der Scheibe 2 wird zur Spiegelfläche poliert, auf welcher mit Hilfe verschiedener Ätztechniken, Lithographieverfahren etc. verschiedene Halbleiterelemente gebildet werden. Eine Halbleiterscheibe ist eine dünne Scheibe mit beispielsweise einem Durchmesser von 10 -400 mm und einer Dicke von 200 µm-10 mm. Zur leichteren Ausrichtung in Umfangsrichtung weist die kreisrunde Scheibe eine Kerbe 2c im Bereich ihrer Peripherie auf.

Die Bearbeitung der Kerbe mit größter Maßhaltigkeit reduziert den Aufwand, der anschließend nötig ist, um das Werkzeug für die Feinbearbeitung anzuordnen. Das heißt also, daß die Schleifkanten des Bereichs der Kerbe mit größtmöglicher Präzision ausgeführt werden müssen.

Eine gattungsgemäße Maschine, mit der die Kanten von Kerben in Halbleiterscheiben angefast werden können, ist in der EP 03 60 939 A1 beschrieben. Die dort verwendete Profilschleifscheibe hat jedoch den Nachteil, daß das Schleifwerkzeug die gleiche Form aufweisen muß wie die Kerbe 2c, deren Kanten abzuflachen sind. Demzufolge muß das Schleifwerkzeug jedesmal, wenn sich die Form der Kerbe 2c ändert, eigens angefertigt werden. Hinzu kommt, daß das Schleifwerkzeug nach häufigem Einsatz seine Form nicht mehr behält und durch ein neues Schleifwerkzeug ersetzt werden muß. Das Formschleifverfahren ist daher unwirtschaftlich und erfordert außerdem umfangreiche Einrichtungsarbeit. Darüber hinaus können die Kanten der V-förmigen Kerbe 2c an der äußeren Peripherie der Scheibe 2 nicht mit einem einzigen Schleifwerkzeug abgeschrägt werden, so daß normalerweise zunächst nur die Abschrägung in Richtung der Dicke der Scheibe 2 erfolgen kann und die Feinbearbeitung in einem darauffolgenden Verfahrensschritt stattfinden muß.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schleifmaschine zum Schleifen eines gekerbten Werkstücks zur Verfügung zu stellen, bei der ein Auswechseln der Schleifscheibe und damit jegliche zusätzliche Einrichtarbeit selbst bei wechselnder Form der Kerbe entfällt und effizientes Schleifen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Schleifmaschine dadurch gelöst, daß die Schleifscheibe als einfache Umfangsschleifscheibe ausgebildet ist, deren Dicke einen Bruchteil der maximalen Breite der Kerbe beträgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Darin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer zu schleifenden Halbleiterscheibe und einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine zum Schleifen und Anfasen von Kerben der Halbleiterscheibe;

Fig. 2 die Draufsicht auf die wesentlichen Teile der Schleifmaschine aus Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößert dargestellte Ansicht des wesentlichen Teils der Halbleiterscheibe, wobei der Zustand der Abschrägung in Umfangsrichtung dargestellt ist;

Fig. 4 einen vergrößert dargestellten Teilschnitt des wesentlichen Teils der Halbleiterscheibe, wobei der Zustand der Abschrägung in Richtung deren Plattendicke dargestellt ist;

Fig. 5 einen vergrößert dargestellten vertikalen Teilschnitt des wesentlichen Teils des abgeschrägten Kantenbereichs der in Richtung der Plattendicke bearbeiteten Halbleiterscheibe;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Zustands einer von einem zylinderförmigen Block abgeschnittenen Halbleiterscheibe.

Die in den Figuren dargestellte Schleifmaschine 3 zum Schleifen der Kanten des gekerbten Bereichs einer Halbleiterscheibe 2 gemäß vorliegender Erfindung zeigt die Schleifscheibe 4, einen Antriebsmechanismus 5 für die Drehung der Schleifscheibe 4, einen Schlitten 6 für den Drehantriebsmechanismus, einen ersten Antriebsmechanismus 8, einen zweiten Antriebsmechanismus 9, einen Werkstückhalter 10, einen dritten Antriebsmechanismus 11 und einen vierten Antriebsmechanismus 12.

Die Schleifscheibe 4, die gebildet ist aus Diamantkörnern 4b, die rund um den durch Verfestigung von gekörntem Korund gebildeten Schleifscheibenkörper 4a durch Metallisieren oder Galvanisieren befestigt sind, ist mit Hilfe einer Mutter 14 lösbar an einer Spindel 13 befestigt.

Der Rotations-Antriebsmechanismus 5 wird durch Elektromotoren 15 gebildet und ist so ausgelegt, daß er die Schleifscheibe 4 an der mit der Welle des Motors 5 verbundenen Spindel 13 in einer Richtung dreht, nämlich zum Beispiel in der in Fig. 3 gezeigten Pfeilrichtung A.

Der Schlitten 6 besitzt einen Führungsblock 16 und einen beweglichen Tisch 19. Der Tisch 19 kann in Schwalbenschwanzführungen 18, die in dem Führungsblock 16 ausgebildet sind, linear gleiten.

Der erste Antriebsmechanismus 8 ist gebildet durch ein Schraubgetriebe, welches aus einer mit der Rotationswelle 20a eines Gleichstrom-Servomotors 20 verbundenen Gewindespindel 21 und einem an dem beweglichen Tisch 19 vorgesehenen Muttergewinde 22 besteht, wodurch der in den Schwalbenschwanzführungen 18 geführte Tisch 19 in axialer Richtung (Richtung X-X′) der Spindel 13 der Schleifscheibe 4 bewegt wird.

Der zweite Antriebsmechanismus 9 dient zur Bewegung der Schleifscheibe 4 in Richtung Z-Z′ und ist als Gleichstrom-Servomotor 25 ausgebildet, in welchem eine Rotationswelle 25a direkt mit einer Gewindespindel 24 verbunden ist, welche drehbar mit einer an dem Führungsblock 16 befestigten Vorschubmutter 23 verbunden ist.

Der Werkstückhalter 10 ist an seiner Oberseite 10b mit einer Vielzahl von Sauglöchern 10a (zum Beispiel vier) ausgebildet, wie das in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist. Diese Sauglöcher 10a bzw. Vakuumöffnungen sind mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden, und zwar derart, daß durch den Betrieb dieser Vakuumpumpe Luft durch die Sauglöcher 10a abgesaugt und die Halbleiterscheibe 2 gehalten wird. Auf der Oberseite 10b des Werkstückhalters 10 ist auch ein Paar von Schlitzen 10c, die einander orthogonal kreuzend radial angeordnet sind, und in Umfangsrichtung konzentrische Vertiefungen bzw. Rillen 10d ausgebildet. Der Werkstückhalter 10 ist frei drehbar durch einen Stützzylinder 28 gehalten, der an einem beweglichen Tisch 26 festgelegt ist. Durch diese Konstruktion wird die an den Werkstückhalter 10 gesaugte Halbleiterscheibe 2 durch den dritten Antriebsmechanismus 11 langsam gedreht.

Durch den vierten Antriebsmechanismus 12 wird der Werkstückhalter 10 an die Schleifscheibe 4 herangeführt oder von der Schleifscheibe 4 weggeführt. Der Antriebsmechanismus 12 ist gebildet durch eine an der Rotationswelle 29a eines Gleichstrom-Servomotors 29 befestigte Gewindespindel 30 und eine Vorschubmutter 31, die auf dem beweglichen Tisch 26 angeordnet ist und mit der Gewindespindel 30 derart zusammenwirkt, daß der bewegliche Tisch 26 durch die Drehung der Gewindespindel 30 in normaler und umgekehrter Richtung Y-Y′ hin und her bewegt werden kann.

Der erste, zweite, dritte und vierte Antriebsmechanismus 8, 9, 11 und 12 sind an die mit einer Konsole 33 versehene Steuereinheit 32 elektrisch angeschlossen.

Die erfindungsgemäße Schleifmaschine 3 zum Schleifen der Kanten des gekerbten Bereichs 2c einer grob geschnittenen kreisrunden Halbleiterscheibe 2 in Umfangsrichtung und in Dickenrichtung wird wie folgt betrieben: Eine sich drehende Schleifscheibe 4 und die mit der Schleifscheibe 4 zu beschleifende oder abzufasende Halbleiterscheibe 2 werden jeweils so angeordnet, daß sich deren betreffende Ebenen orthogonal kreuzen. Die Halbleiterscheibe 2 wird um ihre Mittelachse mit relativ niedriger Geschwindigkeit mit dem Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht (Richtung R). Die an dem Werkstückhalter 10 gehaltene Halbleiterscheibe 2 wird geradlinig in Richtung der Hinführung zur Schleifscheibe 4 (Richtung Y) oder in Richtung der Wegführung von der Schleifscheibe 4 (Richtung Y′) bewegt, und die Schleifscheibe 4 wird geradlinig in der Richtung bewegt (Richtung Z), die sich orthogonal mit der Richtung Y kreuzt.

Nachfolgend werden Betriebs- und Funktionsweise der erfindungsgemäßen Maschine erläutert. Bezugnehmend auf die Fig. 1, 2 und 6 wird eine grob geschnittene gekerbte Halbleiterscheibe 2, die von einem entlang seiner Längsachse mit einer annähernd V-förmigen Kerbe 1a versehenen zylinderförmigen Block 1 aus einem Halbleiterwerkstoff wie beispielsweise Silizium abgeschnitten wurde, auf der Oberfläche des Werkstückhalters 10 placiert und zentriert. Anschließend wird eine nicht gezeigte Vakuumpumpe in Betrieb gesetzt, durch welche Luft aus den Sauglöchern 10a gesaugt und so die Halbleiterscheibe 2 an dem Werkstückhalter 10 gehalten wird.

Entsprechend den Befehlen, die aus der Steuereinheit 32 kommen, wird der dritte Antriebsmechanismus 11 in Betrieb gesetzt, der den Werkstückhalter 10 und damit die zentrierte Halbleiterscheibe 2 langsam in einem Winkel in Pfeilrichtung R dreht. Nach Erfassen der Kerbe 2c, die zu der Schleifscheibe 4 eine vorgegebene Position aufweist, mit einem nicht gezeigten Positionsfühler wird der Betrieb des Antriebsmechanismus 11 gestoppt.

Durch die Drehung des Gleichstrom-Servomotors 25 wird der Schlitten 6 durch die Wirkung der Gewindespindel 24 und Vorschubmutter 23 in Pfeilrichtung Z-Z′ auf und ab bewegt, und zwar derart, daß eine wie in Fig. 4 gezeigte Übereinstimmung zwischen dem annähernd mittleren Teil der Halbleiterscheibe 2 in Dickenrichtung der Scheibe 2 und der axialen Mitte 13a der Spindel 13 der Schleifscheibe 4 erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die sich von der Schleifscheibe 4 wegbewegende Halbleiterscheibe 2 in der in Fig. 3 gezeigten Position und wird noch nicht bearbeitet. Sobald der Gleichstrom-Servomotor 29 in Betrieb gesetzt ist und die Gewindespindel 30 in Pfeilrichtung B dreht, bewegt sich der Tisch 26 in Pfeilrichtung Y und führt die Schleifscheibe 4 so weit an die Halbleiterscheibe 2 heran, bis deren gegenseitiger Kontakt hergestellt ist.

Bei Kontakt der Halbleiterscheibe 2 mit der Schleiffläche der Schleifscheibe 4 erfolgt durch den erneuten Betrieb des Servomotors 29 der Vorschub des Tisches 26 über eine vorgegebene Distanz in Pfeilrichtung Y und es beginnt das Abschrägen bzw. Anfasen der Kanten des gekerbten Bereichs 2c der Halbleiterscheibe 2.

Beim Schleifen der Kanten des gekerbten Bereichs 2c der Halbleiterscheibe 2 sowohl in Umfangsrichtung als auch in Dickenrichtung wird die Schleifscheibe 4 durch den Servomotor 20 zunächst in einer vorgegebenen Position in Richtung X-X′ verriegelt. Danach wird die Bewegung des Werkstückhalters 10 und damit der dort festgelegten Halbleiterscheibe 2 entsprechend der Rotationswinkelposition in Richtung Y-Y′ ständig gesteuert, während der sich mit niedriger Geschwindigkeit in vorgegebenen Rotationswinkel-Intervallen durch den Servomotor des dritten Antriebsmechanismus 11 drehende Werkstückhalter 10 und auch die Bewegung der Schleifscheibe 4 entsprechend der Rotationswinkelposition in Richtung Z-Z′ durch den Gleichstrom-Servomotor 25 gesteuert werden. Auf diese Weise erfolgt die Abschrägung bzw. Anfasung des gekerbten Bereichs 2c der Halbleiterscheibe 2 sowohl in Umfangsrichtung als auch in Dickenrichtung der Platte.

Im Zuge der Anfasungsarbeit werden die Wegstrecken der Schleifscheibe 4 in Richtung Z-Z′ und der Halbleiterscheibe 2 in Richtung Y-Y′ sequentiell anhand einer Berechnungsformel im Rahmen des gewählten und bereits vorher in einem nicht dargestellten Speicher gespeicherten Operationsprogramm unter Verwendung der Echtzeit-Positionsdaten der Mitte der Scheibe 2 und der axialen Mitte 13a der Schleifscheibe 4 berechnet und ebenso sequentiell in die Steuereinheit 32 eingegeben. Diese Berechnungsformeln bestimmen sich zum Beispiel nach dem Profil des gekerbten Bereichs 2c der auszubildenden Halbleiterscheibe 2 und lauten wie folgt:

L = f(R)

In diesem Schema wird die Distanz L ausgedrückt als Funktion des Rotationswinkels R der Halbleiterscheibe 2. Jeder anhand der Formel berechnete Wert zeigt eine Distanz L zwischen der Schleiffläche der Schleifscheibe 4 und der Kontur bzw. Umrißlinie des zu beschleifenden gekerbten Bereichs 2c der Halbleiterscheibe 2, das heißt die Bewegung des Werkstückhalters 10 mit der daran gehaltenen Halbleiterscheibe 2 in Richtung Y-Y′ zu jedem Moment.

Wie vorstehend beschrieben, erfolgt die Steuerung der relativen örtlichen Beziehung zwischen der Schleifscheibe 4 und der Halbleiterscheibe 2 in den drei Steuerrichtungen R, Y und Z über den gesamten Rotationswinkel hinweg, wodurch Anfasarbeiten mit leichtem Abrunden in einem Radius τ von beispielsweise 0,01-5,0 mm an den Grenzen 2e zwischen dem gekerbten Bereich 2c und dem kreisrunden Bereich 2d an der äußeren Peripherie der Halbleiterscheibe 2 in Umfangsrichtung und am Fuß 2f der Kerbe 2 gleichzeitig mit leichtem Abrunden der oberen und unteren Kanten 2a in Dickenrichtung durchgeführt werden können, wie das in Fig. 5 gezeigt ist. Der Radius R₁ der Halbleiterscheibe 2 beträgt zum Beispiel 10-400 mm, und der Radius R₂ von der Mitte der Scheibe 2 bis zum Fuß 2f der Kerbe 2c beträgt zum Beispiel 8-394 mm.

Der Winkel α des Fußes der Kerbe 2c bestimmt sich nach der herzustellenden Form des Produkts. Als Beispiel wird ein Winkel von 50° bis 150° gewählt. Selbst wenn sich die Größe des Winkels α ändert, muß als einziger notwendiger Schritt mit Hilfe der Tastatur über die Konsole 33 die Eingabe der geänderten Winkeldaten gemacht werden, das heißt der Anfasungsprozeß kann stattfinden, ohne die Schleifscheibe 4 austauschen zu müssen, was gleichermaßen für die freie Wahl der Größe der Anfasung oder Abschrägung gilt.

Claims

1. Schleifmaschine zum Anfasen der Kanten einer von der Umfangsfläche eines scheibenförmigen Werkstücks, insbesondere einer Halbleiterscheibe, sich radial nach innen erstreckenden Kerbe, mit einer Schleifscheibe, deren Drehachse rechtwinklig zur Werkstückdrehachse verläuft, und mit einer Steuerung für die Vorschub- und Zustellbewegungen von Schleifscheibe und Werkstück relativ zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (4) als einfache Umfangsschleifscheibe ausgebildet ist, deren Dicke ein Bruchteil der maximalen Breite der Kerbe (2c) ist.

2. Schleifmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Werkstückhalter (10), in dem das die eingeschnittene Kerbe (2c) aufweisende Werkstück (2) zentriert gehalten ist.