DE4316754A1 - Method for the defined abrasive surface-treatment of bodies - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern, insbesondere für das Präzisions schleifen von Probematerialien, die derart für nachfolgend durchzuführende analytische Untersuchungen ihrer Materialeigenschaften aufbereitet werden. Die zunehmende Scalierung von Bauelementen der Elektronik stellt an Herstellungstechnologien der Mikroelektronik und an den Grad ihrer Beherrschung zunehmende Anforderungen. Die Verfolgung technologischer Abläufe, die sich u. a. in der Reproduzierbarkeit von Dotierungsprofilen und in der Dichte und Struktur von Materialdefekten deutlich macht, erfordern eine zunehmende Verbesserung des vertikalen Auflösungsvermögens der Diagnosemethoden aber auch der Aufbereitung der im Rahmen spezifischer Diagnosemethoden anzuwendenden Materialproben, sofern es sich um den Meßort zur Einspeisung eines Erregersignals und zum Auskoppeln eines Meßsignals direkt kontaktierende, örtlich hochauflösende Meßverfahren han delt. Die Analyse der Halbleitermaterialeigenschaften in Abhängigkeit von der Tiefe unterhalb der Oberfläche des einkristallinen Halbleitermaterials ist deshalb häufig auf die Anwendung von Materialproben, die einen Schrägschliff aufweisen, angewiesen. Die Schrägschliffe bewirken dabei eine Vergrößerung der Angriffslinie zur mechanischen oder anderweitigen Materialkontaktierung des Halbleitermaterials entlang ihrer Lateralausdehnung. Um die entlang dieser Angriffslinie erhaltenen Meßwerte der Vertikalausdehnung des Materials exakt zuordnen zu können, ist die Anbringung eines definierten und reproduzierbaren Winkels des Schrägschliffs an der Halbleitermaterialprobe notwendig.The invention relates to a device for defined abrasive Surface treatment of bodies, especially for precision grinding of sample materials, such as for subsequent ones analytical studies of their material properties are prepared. The increasing scaling of electronic components starts Manufacturing technologies of microelectronics and their degree Mastering increasing demands. The pursuit of technology Processes that may a. in the reproducibility of doping profiles and in that clearly shows the density and structure of material defects require one increasing improvement of the vertical resolution of the Diagnostic methods but also the preparation of the specific Diagnostic methods of material samples to be used, provided that it is the Measuring location for feeding an excitation signal and decoupling one Measurement signal directly contacting, locally high-resolution measurement methods han delt. The analysis of the semiconductor material properties depending on the Depth is below the surface of the single crystalline semiconductor material therefore often on the application of material samples that have a bevel cut exhibit, instructed. The bevel cuts cause an enlargement the line of attack for mechanical or other material contact of the semiconductor material along its lateral extent. To the along this Measured values of the vertical expansion of the material obtained on the line of attack To be able to assign is the attachment of a defined and reproducible Angle of the bevel on the semiconductor material sample is necessary.
Die mit neuesten Halbleitertechnologien verbundenen Schichtdicken, die im Subµm- und µm-Bereich liegen, erfordern Schrägschliffwinkel in der Größenordnung < ∼ 0.1°. The layer thicknesses associated with the latest semiconductor technologies, which in Subµm and µm range, require bevel angles in the Order of magnitude <∼ 0.1 °.
Derartige Schrägschliffe an Materialproben werden zumeist durch mechanischen Abtrag in einem abrasiven Bearbeitungsprozeß hergestellt. Der Vorteil der Herstellung des Schrägschliffs in einem konventionellen Feinschleifverfahren liegt dabei gegenüber anderen Materialabtragsverfahren, wie beispielsweise Ionendünnen, in einem geringen apparatetechnischen und zeitlichen Aufwand.Such angled cuts on material samples are mostly through mechanical removal in an abrasive machining process. Of the Advantage of producing the bevel cut in a conventional Fine grinding is compared to other material removal processes, such as ionic thin, in a small apparatus and time expenditure.
Zur Herstellung der mit einem Schrägschliff zu versehenden Materialprobe bedient man sich einer Vorrichtung, die nach dem Einbetten des Probenmaterials manuell einer horizontal rotierenden ebenen Scheibe, den Materialabtrag bewirkend, zugeführt wird und manuell an die Scheibe angepreßt wird. Die im wesentlichen zylinderförmige Halterung weist zur Aufnahme des zu bearbeitenden Probenmaterials eine zylinderförmige Ausnehmung auf, die einen zylinderförmigen Probenträger, dessen eine Deckfläche keilförmig, einen definierten Keilwinkel aufweisend, der dem Winkel des Schrägschliffs entspricht, aufnimmt. Die Vorrichtung weist an der den Probenträger aufnehmenden Seite ein verschleißfestes Material auf, wodurch der Abtrag des Probenmaterials eine Begrenzung dahingehend erfährt, daß die abrasive Bearbeitung sich nicht auf den Probenträger ausdehnen kann.For the preparation of the material sample to be given an oblique cut one uses a device that after embedding the Sample material manually a horizontally rotating flat disc, the Material removal, is fed and manually to the disc is pressed. The essentially cylindrical holder points to Recording of the sample material to be processed a cylindrical one Recess on which a cylindrical sample holder, one of which Top surface wedge-shaped, having a defined wedge angle, which the Corresponds to the angle of the bevel cut. The device points to the wear-resistant material on the side holding the sample carrier, whereby the removal of the sample material has a limitation learns that the abrasive processing is not on the sample carrier can expand.
Nachteil dieser vielfach angewandten, einfach zu handhabenden Vorrichtung ist, daß das für die Herstellung des Schrägschliffs abzuschleifende Probenmaterial vor Beginn des Schleifprozesses, die den Keramikkörper begrenzende Stirnfläche, da der Keramikkörper für den Materialabtrag als stoppendes Medium fungiert, überragen muß. Dies kann zu Beginn des Schleifprozesses zu Verkippungen führen, die auf der Schrägschlifffläche Krümmungen oder Facetten verursachen. Derartige Krümmungen der Schrägschliffe würden die Untersuchungsergebnisse verfälschen, da durch die Krümmung die Zuordnung des Schrägschliffpunktes zur vertikalen Ausdehnung des zu untersuchenden Materials verfälscht würde.Disadvantage of this widely used, easy-to-use device is that to be ground down for the production of the bevel Sample material before the start of the grinding process, which is the ceramic body limiting end face, because the ceramic body for material removal as stopping medium acts, must protrude. This can be at the beginning of the Grinding process lead to tilting that on the beveled surface Cause curvature or facets. Such curvatures of the Oblique cuts would falsify the results of the investigation, because of the Curvature the assignment of the bevel point to the vertical Expansion of the material to be examined would be falsified.
Krümmungen entlang der Schrägschlifffläche sind vor allem für Winkel, die im Winkelminutenbereich liegen, wie sie zur Untersuchung von Schichten mit Subµm-Schichtdicken notwendig sind, auszuschließen.Curvatures along the bevel surface are especially for angles that are in the Angular minute range are the same as those used to examine layers Subµm layer thicknesses are necessary to rule out.
Es ist deshalb das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur definierten ab rasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern anzugeben, die insbesondere die Herstellung von im wesentlichen krümmungsfreien Schrägschliffflächen an Materialproben gewährleistet. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, eine Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung ausgestalten zu müssen, die bereits zu Beginn des Schleifprozesses nur einen Freiheitsgrad der Translation für das abrasiv zu bearbeitende Material zuläßt. Dies wird durch die Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern, insbesondere Probekörpern, bestehend aus einem Körper, der eine vertikale Aussparung aufweist und die neben der Aussparung verbleibende Stirnfläche des Körpers mit einem gegenüber den abrasiv zu bearbeitenden Körper abtragsresistenteren Material versehen ist und die Aussparung zur Aufnahme eines den abrasiv zu bearbeitenden Körper aufnehmenden und dessen Abtragsgeometrie bestimmenden Formstücks vorgesehen ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper eine Durchdringung aufweist, die einerseits von einer Stirnfläche des Körpers und andererseits von der mit abtragsresistenteren Material versehenen Stirnfläche des Körpers umgeben ist und daß in diese Durchdringung ein weiterer Körper, der in Richtung der mit dem abtragsresistenteren Material versehenen Stirnfläche des Körpers mit mindestens einem mindestens einen abrasiv zu bearbeitenden Körper aufnehmenden Formstück lösbar verbunden ist, hineinragt und daß dieser Verschiebekörper mit dem Formstück verbunden, um mindestens eine die Dicke des am abrasiv zu bearbeitenden Körper vorzunehmenden Materialabtrages größere Lateralausdehnung als die Durchdringung aufweist und daß dieser Verschiebekörper mit Führungselementen verbunden ist, die gleitend gepaßt mit Flächen des Körpers korrespondieren und dabei die Verbindungslinie der den abrasiv zu bearbeitenden Körper umfassenden Stirnfläche und der abrasiv zu bearbeitenden Fläche des Körpers senkrecht zur Bewegungsrichtung des Körpers gerichtet ist.It is therefore the aim of the invention to provide a device for the defined to indicate rapid surface processing of bodies, in particular the production of substantially curvature-free bevel surfaces Material samples guaranteed. The invention lies in the knowledge based on a device for defined abrasive surface processing having to design only one at the beginning of the grinding process Degree of freedom of translation for the abrasive material to be processed. This is defined by the device for abrasive Surface processing of bodies, in particular test bodies, consisting from a body that has a vertical recess and that next to the Recess remaining face of the body with one opposite abrasive to be machined body is more abrasion resistant material and the recess for receiving a body to be processed abrasively receiving and determining its removal geometry is provided according to the invention in that the body a Has penetration, on the one hand from an end face of the body and on the other hand from the front surface provided with more abrasion-resistant material of the body and that in this penetration another body, that in the direction of those with the more abrasion-resistant material End face of the body with at least one at least one abrasive too machining body receiving fitting is releasably connected, protrudes and that this sliding body connected to the fitting to at least one the thickness of the body to be machined on the abrasive material removal greater lateral expansion than that Has penetration and that this sliding body with Guide elements are connected which slidably fit with surfaces of the body correspond and thereby the connecting line of the abrasive to machining body and the abrasive face machining surface of the body perpendicular to the direction of movement Body is directed.
Die Erfindung kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der mit dem Formstück verbundene Verschiebekörper Führungselemente aufweist.The invention can advantageously be designed in that the Fitting connected displacement body has guide elements.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auf diese Art und Weise die Erzeugung von Schrägschliffflächen mit definierten und reproduzierbaren Schrägschliffwinkeln und entsprechend dem verwendeten, das abrasiv zu bearbeitende Material aufnehmenden Formstücks, auch anderer geometrischer Oberflächenformen des Probenmaterials. The present invention thus enables generation of beveled surfaces with defined and reproducible Bevel angles and according to the one used, the abrasive too machining material receiving molding, also other geometric Surface shapes of the sample material.
Durch die Erfindung werden die Mängel des Standes der Technik unter Ausnutzung der Erkenntnis behoben, daß definierte und reproduzierbare geometrische Oberflächenformen des Probenmaterials, die durch mechanisch abrasive Oberflächenbearbeitung hergestellt werden, bereits zu Beginn des Schleifprozesses einen definierten Materialabtrag zu erfahren haben. Nach der Erfindung wird dies gewährleistet, indem der mit dem Formstück verbundene, an oder in den Körper der Vorrichtung gleitend an- oder eingepaßte Körper zu Beginn des Schleifprozesses vom Werkzeug, der Schleifscheibe, weggeführt werden kann. Erst wenn die Stirnfläche des Körpers, die mit einem Material versehen ist, dessen Abtrag ein bis mehrere Größenordnungen geringer als der des abrasiv zu bearbeitenden Körpers ist, parallel auf dem Werkzeug aufliegt, wird der mit dem Formstück und der Materialprobe verbundene Körper der Oberfläche des Schleifwerkzeuges in Richtung ihrer Flächennormale und parallel zu dieser zugeführt. The invention overcomes the shortcomings of the prior art Exploitation of the knowledge fixed that defined and reproducible Geometric surface shapes of the sample material by mechanical abrasive surface treatment can be produced at the very beginning of the Grinding process to have a defined material removal. After This is ensured according to the invention by the fact that the bodies slidably fitted or fitted on or in the body of the device Start of the grinding process away from the tool, the grinding wheel can be. Only when the front face of the body covered with a material is provided, the removal of which is one to several orders of magnitude less than that of the abrasive body to be machined, rests in parallel on the tool, the body connected to the fitting and the material sample is the Surface of the grinding tool in the direction of its surface normal and fed in parallel to this.
Die Erfindung soll anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung näher erläutert werden. Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Figur der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt die Figur eine Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern.The invention is intended to be described in more detail using an exemplary embodiment are explained. An embodiment of the subject of the invention is shown in the figure of the drawing, namely the figure shows a device for the defined abrasive surface treatment of Bodies.
Die Vorrichtung besteht aus einem hohlzylinderförmigen Körper 1, dessen eine Stirnfläche 2 mit einem Material 3 versehen ist, dessen spezifischer Materialabtrag ein bis mehrere Größenordnungen geringer ist als der des auf der Zeichnung nicht dargestellten abrasiv zu bearbeitenden Körpers. Im Inneren des hohlzylinderförmigen Körpers 1 ist ein zylinderförmiger Gleitkörper 4 angeordnet. Dieser Gleitkörper 4 ist mittels einer Durchdringung 8, die in den Gleitkörper 4 eingebracht wurde, in das Innere des hohlzylinderförmigen Körpers 1 gleitend eingepaßt. Er weist eine zentralsymmetrische Durchdringung 5 auf, in der eine Schraube 6 angeordnet ist, die das Formstück 7, in der Zeichnung eine Schrägschliffvorlage, mit dem Gleitkörper 4 kraftschlüssig und auch formschlüssig verbindet.The device consists of a hollow cylindrical body 1 , one end face 2 of which is provided with a material 3 , the specific material removal of which is one to several orders of magnitude less than that of the body not shown in the drawing, which is to be machined. A cylindrical sliding body 4 is arranged in the interior of the hollow cylindrical body 1 . This sliding body 4 is slidably fitted into the interior of the hollow cylindrical body 1 by means of a penetration 8 which has been introduced into the sliding body 4 . It has a centrally symmetrical penetration 5 , in which a screw 6 is arranged, which connects the shaped piece 7 , in the drawing an oblique grinding template, to the sliding body 4 in a non-positive and also positive manner.
Nach dem Einbetten des abrasiv zu bearbeitenden Körper an das Formstück 7, die Schrägschliffvorlage, wird diese mittels der Schraube 6 am Gleitkörper 4 befestigt. Der Gleitkörper 4 wird danach in den hohlzylinderförmigen Körper 1 eingeführt. Der hohlzylinderförmige Körper 1 wird danach mit seiner Stirnfläche 2, die mit dem Material 3 versehen ist, auf eine den abrasiven Materialabtrag realisierende, meist horizontal angeordnete, rotierende Scheibe, die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte überwindet, gepreßt. Der Gleitkörper 4 kann danach bis zur Herstellung des Berührungskontaktes zwischen zu bearbeitenden Körper und Schleifwerkzeug abgesenkt werden. Im Moment der Berührung des zu bearbeitenden Körpers mit dem Schleifwerkzeug ist jedoch die Parallelität zwischen Stirnfläche der Vorrichtung und Werkzeugoberfläche gewährleistet. Eine Verkippung der Gesamtvorrichtung kann aufgrund der bereits zu Beginn des Schleifprozesses realisierten, vom Werkstück unabhängig großen Auflagefläche der Vorrichtung auf der Werkzeugoberfläche nicht mehr erfolgen. After embedding the body to be machined abrasively on the shaped piece 7 , the bevel grinding template, this is fastened to the sliding body 4 by means of the screw 6 . The sliding body 4 is then inserted into the hollow cylindrical body 1 . The hollow cylindrical body 1 is then pressed with its end face 2 , which is provided with the material 3 , onto a rotating disk which realizes the abrasive material removal and is usually arranged horizontally and which overcomes the centrifugal forces which occur. The sliding body 4 can then be lowered until the contact between the body to be machined and the grinding tool is made. However, the moment the body to be machined comes into contact with the grinding tool, the parallelism between the end face of the device and the tool surface is ensured. A tilting of the entire device can no longer take place due to the large contact surface of the device on the tool surface, which surface is independent of the workpiece and has already been implemented at the start of the grinding process.
Im Falle einer horizontalen Anordnung des Schleifwerkzeuges und der dabei vertikalen Anordnung der Vorrichtung auf dem Schleifwerkzeug wird die Abtragsintensität des Schleifvorganges durch das Gewicht des Gleitkörpers 4 bestimmt. Jedoch ist die Anwendung dieser Vorrichtung nicht auf eine vertikale Anordnung während des Schleifprozesses beschränkt. Denkbar ist auch eine horizontale Anpressung der Vorrichtung auf eine vertikal rotierende Schleifscheibe. Die Abtragsintensität ist dann durch eine auf den Gleitkörper 4 notwendigerweise wirkende Kraft bestimmt.In the case of a horizontal arrangement of the grinding tool and the vertical arrangement of the device on the grinding tool, the removal intensity of the grinding process is determined by the weight of the sliding body 4 . However, the application of this device is not limited to a vertical arrangement during the grinding process. Horizontal pressing of the device onto a vertically rotating grinding wheel is also conceivable. The removal intensity is then determined by a force necessarily acting on the sliding body 4 .
Auch besteht die Möglichkeit, den Körper 4 mit Führungselementen zu verbinden, so daß die Führungselemente des Körpers 4 mit den den Körper 1 umgebenden Außenwänden gleitend gepaßt und formschlüssig verbunden sind.There is also the possibility of connecting the body 4 to guide elements, so that the guide elements of the body 4 are slidably fitted to the outer walls surrounding the body 1 and are connected in a form-fitting manner.
BezugszeichenlisteReference list
1 hohlzylinderförmiger Körper
2 Stirnfläche des hohlzylinderförmigen Körpers
3 Material, dessen Abtrag mehrere Größenordnungen geringer als
der des zu bearbeitenden Materials ist
4 Gleitkörper
5 Gleitkörperdurchdringung
6 Schraube
7 Formstück/Schrägschliffvorlage
8 Durchdringung des Körpers 1 1 hollow cylindrical body
2 face of the hollow cylindrical body
3 Material whose removal is several orders of magnitude less than that of the material to be processed
4 sliding bodies
5 slip body penetration
6 screw
7 fitting / bevel template
8 Penetration of the body 1
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| ON | Later submitted papers | ||
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8330 | Complete disclaimer |