DE4316754C2 - Vorrichtung zum Anschleifen von lagemäßig vorbestimmten Flächen an Werkstücken - Google Patents

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.

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.

Die mit neuesten Halbleitertechnologien verbundenen Schicht­ dicken, die im Subµm- und µm- Bereich liegen, erfordern Schrägschliffwinkel 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 Materialabtragsverfahren, 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, 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.

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.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit der im Patentanspruch angegebenen Vorrichtung 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 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.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Längsschnittdarstellung der Vorrichtung.

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.

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.

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.

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.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Anschleifen von lagemäßig vorbestimmten Flächen an Werkstücken, insbesondere Proben, bestehend aus einem hohlzylindrischem Körper (1), der an seiner unteren Stirnfläche (2) mit einer im Vergleich zu dem zu bearbeitenden Werkstück abtragsresistenten Auflage (3) versehen ist, einem in dem Körper (1) so samt einem in einer Ausnehmung in der Innenwand des Körpers (1) gleitenden Führungselement mit Spiel eingepaßtem Gleitkörper (4), daß der Gleitkörper (4) vertikal in dem hohlzylindrischen Körper (1) durch seine Schwerkraft bewegbar ist, und mit einem am Gleitkörper (4) befestigten auswechselbaren Formstück (7), an welchem die Werkstücke in einer der an den Werkstücken anzuschleifenden Fläche entsprechenden Lage aufgenommen sind.