DE4316754C2

DE4316754C2 - Device for grinding predetermined positions on workpieces

Info

Publication number: DE4316754C2
Application number: DE19934316754
Authority: DE
Inventors: Peter Gaworzewski
Original assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Current assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1995-03-16
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: DE4316754A1; DE9318391U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschleifen von lagemäßig vorbestimmten Flächen an Werkstücken, insbesondere für das Präzisionsschleifen von Probematerialien, die derart für nachfolgend durchzuführende analytische Untersuchungen ihrer Materialeigenschaften aufbereitet werden.The invention relates to a device for grinding predefined areas of workpieces, in particular for the precision grinding of sample materials that for subsequent analytical tests their material properties are processed.

Die steigenden Qualitätsanforderungen an Bauelemente der Elektronik erfordern eine zunehmende Verbesserung der Aufbereitung der im Rahmen spezifischer Diagnosemethoden zu verwendenden 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 Material kontaktierung des Halbleitermaterials entlang ihrer Flächen ausdehnung. 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.The increasing quality requirements for electronic components require an increasing improvement in the preparation of the under specific diagnostic methods of material samples to be used, if it is the measuring point for feeding a Excitation signal and for decoupling a measurement signal directly contacting, locally high-resolution measurement procedures. The analysis of the semiconductor material properties depending from the depth below the surface of the single crystal Semiconductor material is therefore often based on the application of Material specimens that have a bevel cut are instructed. The bevel cuts cause an enlargement of the Line of attack to mechanical or other material Contacting the semiconductor material along their surfaces expansion. To those obtained along this line of attack To be able to assign measured values to the vertical expansion exactly the attachment of a defined and reproducible angle of the bevel cut on the semiconductor material sample is necessary.

Die mit neuesten Halbleitertechnologien verbundenen Schicht dicken, die im Subµm- und µm- Bereich liegen, erfordern Schrägschliffwinkel in der Größenordnung <∼0,1°.The layer associated with the latest semiconductor technologies thicknesses that are in the sub-µm and µm range require Bevel angle 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 Schrägschliffes 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 manufactured. The advantage of making the bevel cut in there is a conventional fine grinding process compared to other material removal processes, such as Ion-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.For the production of the bevel cut Material sample you use a device that after the Embed the sample material manually one horizontally rotating flat disc, causing material removal, is fed and manually pressed onto the disc.

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.The essentially cylindrical holder points to Recording of the sample material to be processed cylindrical recess on a cylindrical Sample carrier, one of its top surface wedge-shaped, one having a defined wedge angle which corresponds to the angle of the Corresponds to bevel grinding, takes. The device instructs a wear-resistant side of the sample holder Material, whereby the removal of the sample material a Limitation experienced in that the abrasive machining cannot expand on the sample carrier.

Nachteil dieser vielfach angewandten, einfach zu handhabenden Vorrichtung ist, daß das für die Herstellung des Schrägschliffes abzuschleifende Probenmaterial vor Beginn des Schleifprozesses, durch die 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 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. 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.Disadvantage of this widely used, easy to use Device is that for the manufacture of the Sample material to be ground down before starting the Grinding process through which the wear-resistant material limiting end face, as this is used for material removal stopping medium acts, protrude from the device got to. This can cause tilting at the beginning of the grinding process result in curvatures or on the beveled surface Cause facets. Such curvatures of the bevel cuts would falsify the results of the investigation because the Curvature the assignment of the bevel point to the vertical Expansion of the material to be examined would be falsified. Curves along the bevel surface are especially for Angles that are in the range of minute minutes, as for Examination of layers with sub µm layer thicknesses necessary are to be excluded.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Anschleifen von lagemäßig vorbestimmten Flächen an Werkstücken
zu entwickeln, die die Herstellung von im wesentlichen krümmungsfreien Schrägschliffflächen beispielsweise an Materialproben gewährleistet. Dabei soll die Vorrichtung bereits zu Beginn des Schleifprozesses nur einen Freiheitsgrad der Translation für die abrasiv zu bearbeitenden Werkstücke zulassen.It is therefore an object of the invention to provide a device for grinding predetermined positions on workpieces
to develop, which ensures the production of substantially curvature-free beveled surfaces, for example on material samples. At the beginning of the grinding process, the device should only allow one degree of freedom of translation for the workpieces to be machined.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit der im Patentanspruch angegebenen Vorrichtung gelöst.This object of the invention is achieved with the Claim specified device solved.

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.The advantage of the invention is that by means of Device with the creation of beveled surfaces defined and reproducible bevel angles and according to the used, the abrasive to be machined Interchangeable molded part, including others Geometric surface shapes can be edited.

Durch die Erfindung werden die Mängel des Standes der Technik unter Ausnutzung der Erkenntnis behoben, daß definierte und reproduzierbare geometrische Oberflächenformen des Proben materials, 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 vorzugsweise hohlzylindrischen Körpers, die mit einer Auflage versehen ist, deren Abtrag ein bis mehrere Größenordnungen geringer als der des abrasiv zu bearbeitenden Werkstückes 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.The invention overcomes the shortcomings of the prior art fixed using the knowledge that defined and reproducible geometric surface shapes of the sample materials by mechanically abrasive surface processing be produced right from the start of the grinding process have a defined material removal, by the test specimen connected to the fitting at the beginning of the Grinding process away from the tool, the grinding wheel can be. Only when the face of the preferably hollow cylindrical body, which is provided with a support, whose removal is one to several orders of magnitude less than that of the workpiece to be machined is parallel to the Tool rests, the one with the fitting and the Material sample connected sliding body of the surface of the Grinding tool in the direction of their surface normal and parallel fed to this.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Längsschnittdarstellung der Vorrichtung.The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail. The drawing shows a longitudinal sectional view of the device.

Die Vorrichtung besteht aus einem hohlzylindrischen Körper 1, dessen untere Stirnfläche 2 mit einer im Vergleich zu dem abrasiv zu bearbeitenden Werkstück abtragsresistenten Auflage 3 mit gleichem Querschnitt wie der Körper 1 versehen ist. In dem Körper 1 ist ein Gleitkörper 4 mit einem Führungselement in einer Ausnehmung in der Innenwand des Körpers 1 verdrehungssicher so eingepaßt, daß er vertikal im Körper 1 und durch die abtragsresistente Auflage 3 hindurch seine Schwerkraft bewegbar ist. Am Gleitkörper 4 ist ein der Abtragsgeometrie des Werkstückes entsprechendes, auswechselbares Formstück 7 beispielsweise mittels einer durch eine durchgehende Bohrung 5 im Gleitkörper 4 führende Schraube 6 befestigt.The device consists of a hollow cylindrical body 1 , the lower end face 2 of which is provided with a wear-resistant support 3 with the same cross-section as the body 1 compared to the abrasive workpiece. In the body 1 , a sliding body 4 is fitted with a guide element in a recess in the inner wall of the body 1 so that it cannot be rotated vertically in the body 1 and its gravity can be moved through the abrasion-resistant support 3 . An interchangeable shaped piece 7 , which corresponds to the removal geometry of the workpiece, is fastened to the sliding body 4 , for example by means of a screw 6 leading through a through bore 5 in the sliding body 4 .

An dem auswechselbaren Formstück 7, in der Zeichnung eine Schrägschliffvorlage, ist das abrasiv zu bearbeitende Werkstück mittels Punktklebung kraftschlüssig und formschlüssig entsprechend der vorgesehenen Abtragsgeometrie angebracht. Nach dem Einbetten des zu bearbeitenden Werkstücks am Formstück 7 wird das Formstück 7 mittels der Schraube 6 am Gleitkörper 4 befestigt. Der Gleitkörper 4 wird danach in den Körper 1 eingeführt. Der Körper 1 wird danach mit seiner Stirnfläche 2, die mit der abtragsresistenten Auflage 3 versehen ist, auf eine den abrasiven Materialabtrag realisierende, meist horizontal angeordnete, rotierende Scheibe gepreßt. Der Gleitkörper 4 kann danach bis zur Herstellung des Berührungskontaktes zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und dem Schleifwerkzeug abgesenkt werden. Im Moment der Berührung des zu bearbeitenden Werkstücks mit dem Schleifwerkzeug ist die Parallelität zwischen Stirnfläche 2 der Vorrichtung und Werkzeugoberfläche gewährleistet. Eine Verkippung der Vorrichtung kann aufgrund der bereits zu Beginn des Schleifprozesses realisierten, vom zu bearbeitenden Werkstück unabhängig großen Auflagefläche der Vorrichtung auf der Werkzeugoberfläche nicht mehr erfolgen.On the interchangeable shaped piece 7 , in the drawing an angled grinding template, the workpiece to be abrasively machined is non-positively and positively attached according to the intended removal geometry by means of point gluing. After embedding the workpiece to be machined on the molding 7 , the molding 7 is fastened to the sliding body 4 by means of the screw 6 . The sliding body 4 is then inserted into the body 1 . The body 1 is then pressed with its end face 2 , which is provided with the abrasion-resistant support 3 , onto a rotating disk which realizes the abrasive material removal and is usually arranged horizontally. The sliding body 4 can then be lowered until the contact between the workpiece to be machined and the grinding tool is made. At the moment of contact of the workpiece to be machined with the grinding tool, the parallelism between the end face 2 of the device and the tool surface is ensured. The device can no longer be tilted due to the large contact surface of the device on the tool surface that has already been implemented at the start of the grinding process and is independent of the workpiece to be machined.

Zur Herstellung der Verdrehungssicherheit des Gleitkörpers 4 im Körper 1 ist auf seiner Innenfläche besagtes Führungselement angeordnet, welches in eine durchgehende Ausnehmung in der Innenwand des Körpers 1 eingreift.To produce the security against rotation of the sliding body 4 in the body 1 , said guide element is arranged on its inner surface and engages in a continuous recess in the inner wall of the body 1 .

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 die auf den Gleitkörper 4 aufgebrachte Andruckkraft 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 the pressure force applied to the sliding body 4 .

Claims

Device for grinding positionally predetermined surfaces on workpieces, in particular samples, consisting of a hollow cylindrical body ( 1 ), which is provided on its lower end face ( 2 ) with a wear-resistant support ( 3 ) compared to the workpiece to be machined, one in which Body ( 1 ) together with a sliding element ( 4 ) fitted with play in a recess in the inner wall of the body ( 1 ) such that the sliding body ( 4 ) can be moved vertically in the hollow cylindrical body ( 1 ) by its gravity, and with an exchangeable shaped piece ( 7 ) fastened to the sliding body ( 4 ), on which the work pieces are received in a position corresponding to the surface to be ground on the work pieces.