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Netzebenenparalleles chemisch-mechanisches Polieren von Einkristallen

08.01.2015

Zur gezielten Fertigung spannungsfreier Einkristalloberflächen, die als Laserspiegel in kombinierten optischen und Röntgeninterferometern dienen, wurde ein geschlossener Bearbeitungskreislauf entwickelt. Einmal auf den Polierkopf montiert wird das Werkstück in dieser Einheit in die Schleif-/Poliermaschine, den Ebenheitsprüfer und das Orientierungsdiffraktometer eingebracht. Netzebenenabweichungen von wenigen Winkelsekunden und Ebenheiten bis zu λ/10 machen diese Technik auch für prismatische Siliziumkörper, deren Dimension in Vielfachen des Gitterparameters bestimmt werden soll, geeignet. 

Zur gezielten Fertigung spannungsfreier Einkristalloberflächen aus Silizium und Saphir, die als Laserspiegel in kombinierten optischen und Röntgeninterferometern dienen, wurde ein geschlossener Bearbeitungskreislauf entwickelt.

Das Werkstück wird nur einmal auf den Polierkopf montiert und wird in dieser Einheit in die Schleif-/Poliermaschine, den Ebenheitsprüfer und das Orientierungs­diffrak­tometer eingebracht. Bereits während der ersten Bearbeitungszyklen, die ein mattes Schliffbild erzeugen, können die Oberflächen in einem Schräglichtinterferometer zur Ebenheitsprüfung sowie im Orientierungsdiffraktometer mit einer Taumelwinkel-Messeinrichtung für matte Prüflinge untersucht und für den nächsten Zyklus nachjustiert werden. Das abschließende chemisch-mechanische Polieren, das nur wenige Mikrometer abträgt, ist auf diese Weise optimal vorbereitet und wird ebenfalls zyklisch überwacht. In diesem Zustand der Probe kann der Polierkopf auch in ein sehr stabiles Zweikristall-Diffraktometer, das für die entsprechende Messung an polierten 1 kg Siliziumku­geln aufgebaut wurde, eingesetzt werden um durch hochauflösende Röntgenbeugung die Perfektion des oberflächennahen Kristallgitters nachzuweisen.

Die Auswahl und Härte des Poliertuchs wird z.Zt. zur Verbesserung der Resultate weiter untersucht, weil im Winkelsekundenbereich die Ebenheit die Messung der kristallographischen Orientierung durch laterale Mittelung beeinflusst. Eine erste fertiggestellte Siliziumoberfläche für das JRP CRYSTAL ist lokal bis zu λ/10 plan und 3 arcsec netzebenen­parallel.

Netzebenenabweichungen von wenigen Winkelsekunden und Ebenheiten bis zu λ/10 machen diese Technik auch für prismatische Siliziumkörper, deren Dimension in Vielfachen des Gitterparameters bestimmt werden soll, geeignet.

Abb.: Beispiel für eine Taumelfehlerbestimmung der polierten Oberfläche bzgl. der (111)-Kristall­achse durch Abstandsmessung auf einem Radius von 15 mm und die Ebenheitsmessung einer Siliziumplatte, die auf einem Polierkopf während der gesamten Bearbeitung montiert bleibt.