An die Schleifer unter euch: Einen „die” polieren?

[treinisch]

Hallo,

ist es möglich mit beherrschbarem Aufwand von einem ,,Die" also einem strukturierten Stück Silizium von sagen wir mal
1mm x 1mm Größe Schichten herunter zu polieren? Und zwar gleichmäßig und rechtwinklig. Das abzutragende Material
wäre erstmal SiO2.

Die Dicke die ich abtragen möchte variiert im zwei bis dreistelligen nm-Bereich, würde ich sagen. Und da liegt auch schon
eines der Probleme: Ich kann mir gar nicht vorstellen, dass es ein Poliermittel geben kann, dass homogen und fein genug ist
um so etwas zu tun.

Eigentlich absurd so eine Frage zu stellen, natürlich geht das nicht zuhause, aber Versuch macht klug, vielleicht hat
ja doch jemand eine Idee. Geschwindigkeit ist nicht so wichtig und es dürfte ruhig eine experimentelle Frickelidee sein.

Viele Grüße

Timm

Edit: Tippfehler

[the_playstation]

Hallo Timm,

Natürlich ist das möglich.

Ich habe meinen 34cm Parabolspiegel auf 1/300000mm genau poliert.
D.h. die Abweichungen der Oberfläche von der Idealparabolform entspricht 1/300000mm
Allerdings ist das recht mühseelig und dauert sehr lange.

Es gibt auch eine entsprechende Meßmethode, in der man den Spiegel von der doppelten Brennweite her
mit einer möglichst punktförmigen Lichtquelle beleuchtet und diese dann den Brennpunkt mit einer Rasierklinge halb abdeckt.
So ungefähr hab Ich es damals gemacht. Die Unebenheiten des Spiegels werden dann extrem überhöht dargestellt.
Nachteil bei derartigen Genauigkeiten: Die Temperatur.
D.h. Schleifen (rein nach "hypothetischer Hoffnung"), abkühlen lassen, messen, wieder schleifen, abkühlen lassen, messen, ...
Und das Abkühlen lassen dauert.

Größter Fehler: Zu viel zu schleifen und Dellen reinpolieren, die viel größer sind, als vorher.

Man poliert mit Schablonen und Handbewegungen.
Je nach Handbewegungen und Schablone poliert man
an den nötigen Stellen mehr oder weniger weg. Also reine Handarbeit.
In passenden Büchern gibt es Skitzen zu den Schablonen und Bewegungsarten.
Der Schleifspiegel wird auf eine Platte auf einenartigen Tisch befestigt.
Der zu schleifende Spiegel oben drauf. Nun bewegt man mit dem Schleifmittel dazwischen
den einen über den anderen hin und her (nach Schleifmuster).
Nach der moderneren Brutaleren Methode wird erstmal eine Aushöhlung geflext, ...
So erspart man sich das mühseelige Aushöhlen des Spiegels.
Allerdings ist dann das Ausgleichen der groben Unebenheiten nicht einfach.

Es ist aber erstaunlich, mit welcher Präzision große Spiegel
mit extremen Durchmesser von Privatpersonen auf 1/4 Lamda genau poliert werden können.

Bei kleinen, ebenen Tetplätchen ist denke Ich eine weitaus höhere Präzision möglich.

Industriell machen das natürlich Roboter und spezielle Programme.

Bei einer planen Fläche ist das natürlich einfacher.
Allerdings darf die Restdicke nicht zu dünn sein.
Sonst wird das Material zu labil, brüchig.

Bei Merk gab es entsprechende Poliermittel.
Das Finish macht man mit Pechblenden in die man das Poliermaterial einbetet.
D.h. die Polierkörner sind fest anstatt "drüberzurollen".
Die Homogenität wird durch die Einbettung im Pech erreicht.
Das Poliermittel guckt quasi überall gleichweit aus der Plechblende herraus.

Das Material wird dann warm und man kann sogar geringste Schichten "abkratzen".

Ich sehe allerdings ein anderes Problem.
Beim Teleskopspiegel tastet man sich langsam an die Idealform herran.
Gleich von Anfang an nur wenig abtragen zu wollen, könnte problematisch sein.

Ich hatte mal ein entsprechendes Buch über das Polieren ausgeliehen und Seiten kopiert.

Aber das ist geschätzte 20 Jahre her und Ich habe praktisch Alles wieder vergessen.

Mein Spiegel war ja auch fertig und funktioniert immer noch prächtig.

Eventuell solltest Du Kontakt mit Spiegelschleifern aufnehmen, die Erfahrung mit dem Selbstbau haben.
Da bekommst Du bestimmt die richtigen Tips, ...

Meine Erfahrungen sind halt schon etwas her. Und leider sind die ganzen Infos und Tricks aus meinem Gedächnis verschwunden.
Das Buch war auch recht alt und wahrscheinlich gibt es bessere oder effizientere Methoden.
Ich kann nur beschreiben, was Ich damals gemacht habe.

Liebe Grüße Jorrit.

[treinisch]

Hallo,

die ,,Restdicke" liegt so bei 800 µm würde ich sagen, das sollte bei Silizium eigentlich reichlich dick genug sein, würde ich vermuten. Ja, das mit den Spiegelschleifern hört sich nach einem interessanten Tipp an!

Vlg
Timm

[the_playstation]

Hallo Timm.
Die haben auf jeden Fall jede Menge Erfahrung mit dem Polieren und den notwendigen Poliermitteln.

Nach ein paar Übungsversuchen sollte es dann kein Problem darstellen.

Auf Anhieb wird es aber wahrscheinlich nicht klappen.
Oder halt gleich Jemanden fragen, der das für Dich machen kann.
Die Größe ist ja recht überschaubar.
Die Meßmethode bei Parabolspiegeln ist z.B. der Faucault Test (wird auch Schattenprobe genannt glaube Ich):
http://www.jufo-hermannsburg.de/pdfs/2004-spiegel.pdf
Wie gesagt. Meine Gehirnzellen sind leider etwas eingerostet und überfüllt.

Beim Schleifen entsteht Hitze. Die Prozesse, die auf der Glasoberfläche ablaufen sind interessant.
Aber Ich will jetzt nicht Dinge behaupten, die Ich in entsprechenden Büchern vor über 20 Jahren mal gelesen habe,
und nicht mehr 100% genau wiedergeben kann.

Entschuldigung, wenn das Ganze jetzt etwas offtopic und etwas konfus ist oder div. Rechtschreibfehler beinhaltet.

Liebe Grüße Jorrit.

[JüSchTü]

Hallo Timm,

bei den Astronomen findest Du vermutlich die richtigen Schleif-/Poliermittel. ABER: Dein Problem entspricht dem Schleifen/Polieren eines Planspiegels, nicht dem eines Hohlspiegels, wie Jorrit das beschreibt. Die Fläche von 1x1 mm^2 ist auch nicht gerade riesig...

Wenn Du im Netz z.B. nach "Planspiegel schleifen" suchst, findest Du allerlei Forenbeiträge einschlägiger Websites. Such auch mal nach "Stathis", der hat alles oder weiß, woher man es bekommt und hat vermutlich auch Kontakt zu Planspiegelschleifern.

Liebe Grüße, Jürgen

[Rama61]

Hallo Timm,

das Polieren von Glas ist kein Materialabtrag sondern das Verschmieren der Oberflächenunebenheiten. Dabei treten auf der Glasoberfläche lokal so hohe Temperaturen auf, dass das Glas dabei verformbar wird. Daher halte ich das mechanische Polieren Deiner Proben für den falschen Weg. Schleifmittel sind vermutlich erst recht zu grob für Dein Problem.

Ich kann mich daran erinnern mal etwas von Ionenstrahlätzen gehört zu haben womit man einen sehr geringen Abtrag erreichen kann, aber wer hat dazu schon die Möglichkeit?

Herzliche Grüße

Rainer (auch Spiegelschleifer)

[JüSchTü]

Hallo Timm und Rainer,

mir sind da auch noch mal Bedenken gekommen. Erstens wegen der kleinen Fläche und zweitens wegen des Materials. SiO2 ist eben kein Glas. Andererseits werden aber Diamanten beim Brillantschliff von Hand bearbeitet. Vielleicht sollte man auch in dieser Richtung mal suchen, schon um zu sehen, wie man sowas (ein-)fasst und ausrichtet.

Liebe Grüße, Jürgen

[wirehead]

Hi,
du kannst einzelne Schichten mit verdünnter Flusssäure abtragen, das geht relativ gut und reicht Beispielsweise zum Reverseenginering aus und wird auch zum kompromittieren von Schutzmaßnahmen eingesetzt. Wobei da teilweise auch poliert wird, allerdings ganz ohne maschinelle Unterstützung.
Siehe http://www.flylogic.net/blog/

Chips im Kunststoffgehäuse lassen sich übrigens öffnen indem man das Gehäuse erwärmt und mit konzentrierter HNO3 beträufelt.

Gruß
Torsten

[the_playstation]

Hallo Timm,

das Polieren von Glas ist kein Materialabtrag sondern das Verschmieren der Oberflächenunebenheiten. Dabei treten auf der Glasoberfläche lokal so hohe Temperaturen auf, dass das Glas dabei verformbar wird. Daher halte ich das mechanische Polieren Deiner Proben für den falschen Weg. Schleifmittel sind vermutlich erst recht zu grob für Dein Problem.Herzliche Grüße

Rainer (auch Spiegelschleifer)

Hallo Rainer.

So sieht es aus. So stand es auch damals in meinem Schleifbuch.
Ich war mir nur nicht mehr 100% sicher, ob Ich es richtig zitieren könnte.
Wobei schon ein Materialabtrag erfolgen kann. Nur sehr Minimal.
Das kann man bei den Messungen erkennen, obwohl der Schleifprozess nur lokal erfolgte.
Das ändert aber nichts an der Tatsache, daß dieses mit eingebetteten Schleifpartikeln sehr gut funktioniert und auch gemacht wird.

Ein Planspiegel ist einfacher als ein Hohlspiegel.
Daher sollte die Politur kein Problem darstellen.
Jeder aktiv polierende Teleskopbasteler sollte Timm da helfen können.

Leider habe Ich mein ganzes Equipment (Poliermittel von Merck) verschenkt oder verkauft, da Ich es nicht mehr benötigte.

Liebe Grüße Jorrit.

[treinisch]

du kannst einzelne Schichten mit verdünnter Flusssäure abtragen

Das ist aber nicht die Frage! Ich möchte gleichmäßig planar abtragen, der Abtrag mit HF wäre nicht planar,
sondern relativ zur bestehenden Oberfläche, die aber nicht eben ist und auch nicht nur aus SiO2 besteht, wie
ich zum Zwecke der Vereinfachung oben angegeben habe.

allerdings ganz ohne maschinelle Unterstützung. Siehe http://www.flylogic.net/blog/

das Blog kenne ich, allerdings wäre mir nie aufgefallen, dass er schonmal dargelegt hat, wie er
genau poliert und ich bin mir sogar außerordentlich sicher, dass er noch nie geschrieben hat, er würde

ganz ohne maschinelle Unterstützung

polieren. Wo hast Du das denn gelesen? Dein Zitat-Link führt da leider nicht weiter.

Das Öffnen des Gehäuses ist übrigens nicht das Problem! Siehe mein Foto hier: http://drsvanhay.de/?p=1039

vlg
Timm

[treinisch]

Hallo,

wie fändet ihr denn den Gedanken, eine Emulsion mit dem Schleifmittel laminar über den IC strömen zu lassen? Der Schleifvorgang darf ja ruhig Tage dauern,
10nm am Tag wären absolut einwandfrei.

vlg

Timm

[the_playstation]

Hallo Timm,

Ich sehe das als problematisch.
Stichwort Chaostheorie. Strömung, Verwirbelung, ...
Der Fluß ist wahrscheinlich nicht gleichmässig. Daher würde der Abtrag wahrscheinlich immer ungleichmässiger werden.
Meine Vermutung.

Liebe Grüße Jorrit.

[jibi]

HalloTimm,

um es vorweg zu nehmen: polieren ist in der Tat ein abrasiver Vorgang, der Material abträgt. Sonst wäre beim Teleskopspiegel ein Parabolisieren
der Kugelform in die Parabolform gar nicht möglich. Und auch in der Metallographie wäre ein Verschmieren statt Abtrag eine Katastrophe.

Zu deinem Problem: eine laminare Strömung schleifmittelhaltiger Lösung ist m.M. unzureichend, da ein Mindestmaß an Polierdruck immer notwendig
ist. SiO2 ist ja kein Pudding.
Also käme nur eine Lösung aus der Metallographie in Frage. Allerdings wäre eine Einbettung in Kunststoff nicht ratsam, da Kunststoff und Probe
zuerst egalisiert werden muss, was üblicherweise mit groben und feinen Schleifmitteln erfolgt.
Besser wäre eine Probehalterung(poliert) aus Stahl mit zentralem Stempel, justierbar in der Höhe. Die kleine Probe wird aufgekittet (wieder ablösbar) und auf einer Glasplatte parallel zur Halterungsauflage fixiert. Ist aber praktisch unmöglich, exakt auf nm genau zu egalisieren.  Besser deshalb,
die Probe mit Zaponlack überziehen und dann wieder in der Halterung abpolieren.

Zugegeben, ist fürs Hobby ziemlich aufwendig, im Labor wird man ja dafür bezahlt. 

Falls du Details benötigst, bitte per PN.

Mit besten Grüßen
Jürgen

[Kiloph]

Hallo,
für eine sinnvolle Auswertung ist beim Polieren nicht der geringe Abtrag oder die Chipdicke kritisch, sondern der ungleichmäßige Abtrag.
10 nm Abtrag pro Tag erscheinen mir nicht hilfreich, besser ist feines SiC Nasschleifpapier (ich verwende 5000er Körnung), das ist für die derzeit in ASICs verbreiteten Strukturgrößen hinreichend. Üblich ist nochmals feinere Diamantsuspension.

Bei MOS-Transistoren liegt die Dicke des Zwischenoxids in der Größenordnung von 700 nm, bei der in den Bildern vorliegenden Bipolartechnologie wird das ähnlich sein. Nicht planarisierte Prozesse sind daher teilweise wegen der ungleichmäßigen Höhenstruktur kritisch.

Chemisches Abtragen wäre vor allem interessant um die aktive Schicht offen zu legen. Die SiO2 und PSG Schichten und damit auch die Metallisierungsschichten werden durch HF entfernt, während Polysilizium und Dotierungsbereiche erhalten beliben. Aber wer hat schon die nötige Sicherheitsausrüstung um zu Hause mit Flusssäure zu arbeiten.


Die Frage ist was man mehr als auf den gezeigten Bildern sehen möchte. Ohne die Metallisierungsschichten ist eine sinnvolle Auswertung nicht möglich, alle auf dem Chip vorhandenen Strukturen sind bereits sichtbar. Warum also polieren?

Viele Grüße

Kilian

[treinisch]

Hallo,
für eine sinnvolle Auswertung ist beim Polieren nicht der geringe Abtrag oder die Chipdicke kritisch, sondern der ungleichmäßige Abtrag.

jepp!

10 nm Abtrag pro Tag erscheinen mir nicht hilfreich, besser ist feines SiC Nasschleifpapier (ich verwende 5000er Körnung), das ist für die derzeit in ASICs verbreiteten Strukturgrößen hinreichend. Üblich ist nochmals feinere Diamantsuspension.

nun gut, SiC Schleifpapier ist jetzt ja nicht so teuer, dass einen der Versuch ruinieren würde, aber wie realisierst Du die Führung?

Bei MOS-Transistoren liegt die Dicke des Zwischenoxids in der Größenordnung von 700 nm,

ja, das ist so die Größenordnung, die mich interessiert. Ich würde aber natürlich gern in kleineren Schritten abtragen um Zwischenstände sehen zu können und es sind ja nicht alle Schichten so dick.

bei der in den Bildern vorliegenden Bipolartechnologie wird das ähnlich sein. Nicht planarisierte Prozesse sind daher teilweise wegen der ungleichmäßigen Höhenstruktur kritisch.

exakt!

Chemisches Abtragen wäre vor allem interessant um die aktive Schicht offen zu legen. Die SiO2 und PSG Schichten und damit auch die Metallisierungsschichten werden durch HF entfernt, während Polysilizium und Dotierungsbereiche erhalten beliben. Aber wer hat schon die nötige Sicherheitsausrüstung um zu Hause mit Flusssäure zu arbeiten.

Sehe ich alles genauso. HF möchte ich nicht besitzen. Ich glaube die Richtung chemisch intelligentes Ätzen ist eine, die weitere Anstrengungen verdient! In diese Kategorie fällt ja auch das sehr raffinierte entfernen der Golddrähte mit Lugolscher Lösung statt Königswasser. Das Problem ist halt, dass die ganze dokumentierte Chemie hier ganz andere Ziele verfolgt als Privatfrickler wie ich.

Polieren wäre halt mehr geradeheraus!

Die Frage ist was man mehr als auf den gezeigten Bildern sehen möchte. Ohne die Metallisierungsschichten ist eine sinnvolle Auswertung nicht möglich, alle auf dem Chip vorhandenen Strukturen sind bereits sichtbar. Warum also polieren?

Eine sehr berechtigte Frage! Es geht nicht mehr um diesen Chip, sondern um den nächsten! Ich habe die Metallisierung dabei weitgehend erhalten und experimentiere auch schon sehr erfolgversprechend mit nicht lebensgefährlichen Mixturen zum säurefreien Entkapseln.

Der Chip ist in nMos Technik aufgebaut und besteht aus etwa sieben Schichten, ich würde jetzt gern die Metallisierung und natürlich die darüberliegende Passivierung aus SiO2 entfernen, was auch sehr weitgehend durch laminares Ätzen ohne HF gelungen ist, an manchen Stellen ist das SiO2 wohl dicker oder liegt vertieft, wenn es dicker ist, habe ich Angst andere Schichten zu stark anzugreifen, wenn es vertieft liegt, komme ich mit dem laminaren Ätzen natürlich gar keinen Schritt weiter, selbst wenn die anderen Schichten viel geringere Ätzraten haben.

Dummer Weise findet man belastbare Ätzraten natürlich nur für die industriellen Prozesse, aber die haben ja ganz andere Rahmenbedingungen und Zielsetzungen und sind wirklich verliebt in HF.

Vlg

Timm