DE9318391U1

DE9318391U1 - Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern

Info

Publication number: DE9318391U1
Application number: DE9318391U
Authority: DE
Original assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Current assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2003-12-02
Also published as: DE4316754C2; DE4316754A1

Description

26.11.1993 PA-Bo (IHP6B)

Institut für Halbleiterphysik Frankfurt (Oder) GmbH
15230 Frankfurt (Oder), Walter-Korsing-Str. 2

Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern, insbesondere für das Präzisionsschleifen von Probematerialien, die derart für nachfolgend durchzuführende analytische Untersuchungen ihrer Materialeigenschaften aufbereitet werden.

Die zunehmende Scal'ierung 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 handelt.
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 Flächenausdehnung. Um die entlang dieser Angriffslinie erhaltenen Meßwerte der Vertikalausdehnung exakt zuordnen zu können, ist die Anbringung eines definierten und reproduzierbaren Winkels des Schrägschliffs an der Halbleitermaterialprobe notwendig.

Die ' mit neuesten Halbleitertechnologien verbundenen Schichtdicken, die im Sub m- und m- Bereich liegen, erfordern Schrägchliffwinkel in der Größenordnung < 0,1*.
Derartige Schrägschliffe an Materialproben werden zumeist durch mechanischen Abtrag in einem abrasiven Bearbeitungsprozeß hergestellt. Der Vorteil der Herstellung des Schrägschliffes in einem konventionellen Feinschleifverfahren liegt dabei gegenüber anderen Materxalabtragsverfahren, wie beispielsweise Ionendünnen, in einem geringen apparatetechnischen und zeitlichen Aufwand.

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 Schrägschliffes 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.

Nachteil dieser vielfach angewandten, einfach zu handhabenden Vorrichtung ist, daß das für die Herstellung des Schrägschliffes abzuschleifende Probenmaterial vor Beginn des Schleifprozesses, die durch das verschleißfeste Material begrenzende Stirnfläche, da dieses für den Materialabtrag als

stoppendes Medium fungiert, aus der Vorrichtung herausragen muß. Dies kann zu Beginn des Schleifprozesses zu Verkippungen führen, die auf der Schrägschliff fläche 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.
Krümmungen entlang der Schrägschlifffläche sind vor allem für Winkel, die im Winkelminutenbereich liegen, wie sie zur Untersuchung von Schichten mit Sub m-Schichtdicken notwendig sind, auszuschließen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern zu entwickeln, die insbesondere die Herstellung von im wesentlichen krümmungsfreien Schrägschliffflächen an Materialproben gewährleistet. Der Erfindung liegt dabei das Erfordernis zugrunde, eine Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung auszugestalten, die bereits zu Beginn des Schleifprozesses nur einen Freiheitsgrad der Translation für das abrasiv zu bearbeitende Material zuläßt.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Schutzanspruchs gelöst.

Der Vorteil der Erfindung ■ besteht darin, daß mittels der Vorrichtung die Erzeugung von Schrägschliffflächen mit definierten und reproduzierbaren Schrägschliffwinkeln und .entsprechend' dem verwendeten, das abrasiv zu bearbeitende Material aufnehmenden auswechselbarem Formstück, auch andere geometrische Oberflächenformen bearbeitet werden können.
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, indem der

mit dem Formstück verbundene Probekörper zu Beginn des SchleifProzesses vom Werkzeug, der Schleifscheibe, weggeführt werden kann. Erst wenn die Stirnfläche des Hohlkörpers, 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 Gleitkörper der Oberfläche des Schleifwerkzeuges in Richtung ihrer Flächennormale und parallel zu dieser zugeführt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles, den Zeichnungen und den Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Figur 1: eine Längsschnittdarstellung der Vorrichtung

Figur 2: einen Querschnitt im Bereich des Formstückes

Die Vorrichtung besteht aus einem durchgehenden Hohlkörper 1, dessen untere Stirnfläche 2 mit einem aus gegenüber den abrasiv zu bearbeitenden Körpern 9 abtragsresistenterem Material bestehenden Ansatz 3, mit gleichem Querschnitt wie der Hohlkörper 1 aufweist, versehen ist, in dem Hohlkörper 1 ein Gleitkörper 4 verdrehungssicher so eingepaßt ist, daß er vertikal im Hohlkörper 1 und durch das abtragsresistente Material 3 durch seine Schwerkraft bewegbar ist, und am Gleitkörper 4 ein, der Abtragsgeometrie des Körpers 9 entsprechendes, auswechselbares Formstück 7, beispielsweise mittels einer durch eine durchgehende Bohrung 5 im Gleitkörper 4 führende Schraube 6 befestigt ist.

An dem auswechselbaren Formstück 7, in der Zeichnung eine Schrägschliffvorlage, ist der abrasiv zu bearbeitende Körper 9 mittels Punktklebung kraftschlüssig und formschlüssig entsprechend der vorgesehenen Abtragsgeometrie angebracht.

Nach dem Einbetten des abrasiv zu bearbeitenden Körpers 9 am Formstück 7 wird das Formstück 7 mittels Schraube 6 am Gleitkörper 4 befestigt. Der Gleitkörper 4 wird danach in den Hohlkörper 1 eingeführt. Der Hohlkörper 1 wird danach mit seiner Stirnfläche 2, die mit dem abtragsresistenten Material 3 versehen ist, auf eine den abrasiven Materialabtrag realisierende, meist horizontal angeordnete, rotierende Scheibe 10, die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte überwindend, gepreßt. Der Gleitkörper 4 kann danach bis zur Herstellung des Berührungskontaktes zwischen zu bearbeitenden Körper 9 mit dem Schleifwerkzeug 10 abgesenkt werden. Im Moment der Berührung des zu bearbeitenden Körpers 9 mit dem Schleifwerkzeug 10 ist die Parallelität zwischen Stirnfläche der Vorrichtung und Werkzeugoberfläche gewährleistet. Eine Verkippung der Gesamtvorrichtung kann aufgrund der bereits zu Beginn des Schleifprozesses realisierten, vom zu bearbeitenden Körper 9 unabhängig großen Auflagefläche der Vorrichtung auf der Werkzeugoberfläche nicht mehr erfolgen.

Zur Herstellung der Verdrehungssicherheit des Gleitkörpers 4 im Hohlkörper 1 ist auf seiner Innenfläche eine Feder 8 angeordnet, die in eine durchgehende Nut im Gleitkörper 4 eingreift.

Im Falle einer horizontalen Anordnung des Schleifwerkzeuges und der dabei vertikalen Anordnung der Vorrichtung auf dem Schleifwerkzeug 10 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.

Liste über die verwendeten Bezugszeichen zur Gebrauchsmusteranmeldung G 93 18 391.7

1 durchgehend glatter Hohlkörper

2 untere Stirnseite

3 abtragsresistenteres Material

4 verdrehungssicher gelagerter Gleitkörper

5 durchgehende Bohrung

6 Schraube

7 Formstück

8 Feder und Nut

9 zu bearbeitender Körper

10 Schleifwerkzeug

Claims

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26.11.1993 PA-Bo (IHPA6)

Institut für Halbleiterphysik Frankfurt (Oder) GmbH

Schutzanspruch

Vorrichtung zur definierten abrasiven Oberflächenbearbeitung von Körpern, insbesondere Probekörpern, bestehend aus einem Hohlkörper, der an seiner unteren Stirnfläche - mit einem gegenüber dem abrasiv zu bearbeitenden Körper abtragsresistenterem Material versehen ist sowie einem, die Abtragsgeometrie des zu bearbeitenden Probekörpers bestimmenden Formstückes,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein durchgehender, "glatter Hohlkörper (1) an seiner unteren Stirnseite (2) einen aus gegenüber den abrasiv zu bearbeitenden Körpern (9) abtragsresxstenterem Material bestehenden Ansatz (3) mit gleichem Querschnitt wie der Hohlkörper (1) aufweist, in dem Hohlkörper (1) ein Gleitkörper (4) verdrehungssicher so eingepaßt ist, daß er vertikal im Hohlkörper (1) und durch das abtragsresistente Material (3) durch seine Schwerkraft bewegbar ist, am Gleitkörper (4) ein auswechselbares Formstück (7) befestigt ist, an welchem die abrasiv zu bearbeitenden Körper (9) entsprechend der jeweils erforderlichen Abtragsgeometrie in bekannter Weise, beispielsweise mittels Punktklebung, befestigt sind.