DE2114972A1 - Verfahren zum Abgleich einer Dunn filmanordnung - Google Patents

Description

Patentanwalt ■ " ■ *

7 Statte·« N, MenzelstraB· 40

Western Electric Company Inc. ··.·■*■

195* Broadway 26. März 1971

New York /USA

A 32 244 - sehn

Verfahren aum Abgleich einer Dünnfilaanordnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich einer Dünnfilmanordnung durch wiederholte Messung und Anodisierung, wobei der elektrische Widerstand einen vorbestimmten Wert erreicht'.und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Allgemein bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Abgleich bzw. zur Einstellung eines Korrekturwertes einer Dünnfilmanordnung auf einen vorbestimmten Wert.

Im Verlauf fortschreitender Miniaturisierung von elektronischen Ausrüstungen kommt der Verwendung-von Dünnfilmanordnungen, beispielsweise Dünnfilmwiderständen und Dünnfilmkon-

deneatoren, ständig steigende Bedeutung zu. Zusätzlich zu ihren nur geringen Abmessungen weisen diese DUnnfilmanordnungen hervorragende elektrische und mechanische Stabilität auf

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und werden immer dort verwendet, wo die Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Betriebssicherheit kritisch werden. Ale typisches Verwendungsbeispiel solcher Anordnungen seien die Verstärkeyschaltkreise genannt, die in transatlantischen Kabeln verwendet werden; diese Schaltkreise müssen ohne irgendwelche Ausfälle kontinuierlich 23 Jahre oder noch länger zufriedenstellend arbeiten.

Dabei sind Dünnfiliawiderstände bekannt, die in üblicher form aus einem dünnen Film eines filmbildenden Steueriaetalls, , beispielsweise aus Tantal» bestehen, welches mittels Zerstäubung oder in anderer Weise auf ein isolierendes Substrat, beispielsweise auf Glas oder Keramik, abgelagert wird. Nachdem der dünne metallische Film auf das Substrat aufgestäubt worden ist, wird die gewünschte Widerstands-Konfiguration durch selektive Abdeckung, eines Teils des Metallfilmes mit einem gegen Ätzung widerstandsfähigem Material erzeugt, wobei die nicht'abgedeckten Teile des Filmes durch Ätzung entfernt werden« Die Abmessungen des auf diese Weise gebildeten Widerstandes bestimmen dann seinen Widerstandswert.

Aufgrund moderner Aufstäubungsverfahren ist es möglich, eine genaue Kontrolle Über die Dicke des während des Aufstäubungsprozesses abgelagerten metallischen Filmes zu erhalten, unglücklicherweise jedoch nicht bis zu einem solchen Genauigkeitsgrad, der notwendig sein würde, um auf diese Weise direkt Dünnfilmwiderstände und ähnliches mit Toleranzgrenzen von

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o,1 % oder weniger ihres Nominalwertes herzustellen. Es ist deshalb üblich und bekannte Praxis, auf einem Substrat frei-

willig einen Metallfilm abzulagern, welcher etwas dicker als der tatsächlich gewünschte Film ist. Der Widerstand oder die andere Anordnung wird dann durch Erhitzen oder durch ein Anodisierungsverfahren eingestellt bzw. abgeglichen, wobei auf der oberen Oberfläche des Dünnfilmmaterials eine metallische Oxydschicht erzeugt wird. Dabei sind Oxyde filmbildender Steuermetalle, beispielsweise also Tantal, elektrisch nicht leitend, werden jedoch selbstverständlich auf Kosten der darunter liegenden verbleibenden, nicht-oxydierten metallischen Schicht gebildet. Auf diese- Weise wird das Volumen des leitenden Metallfilmes, welches unter der Schicht des metallischen Oxydes liegt, ständig verringert, sowie die Oxydschicht in ihrer Dicke wächst. Auf diese Weise wird wiederum der elektrische Gesaratwiderstand der Anordnung vergrößert. Erreicht die Anordnung schließlich den gewünschten Widerstand, dann ist die Oxydation der Dünnfilmoberfläche beendet und die Anordnung wird aus der Abgleichapparatur zur Verwendung herausgenommen.

Da es schwierig ist, die Oxydation eines dünnen metallischen Filmes durch Erhitzen des Filmes zu kontrollieren, ist die Anodisierung, d.h. die Herstellung einer Oxydschicht auf anodischem, elektrolytischem Wege die bevorzugte Technik. Aber auch die Anodisierung selbst ist, zumindest hinsichtlich des Genauigkeitsgrades, welcher für die Herstellung von Prä-

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zisionswiderständen und dergleichen benötigt wird, schwierig zu kontrollieren und einzustellen. Deshalb mußten gemäß dem bekannten Stand der Technik die Widerstandswerte von anodisierten Anordnungen ständig überwacht werden, um sicherzustellen, daß der Anodisierungsprozess, der ja tatsächlich irreversibel ist, nicht für einen zu langen Zeitraum durchgeführt wird, wodurch man Ausschuß produzieren würde.

Eine Anordnung, die diesen Überwachungsvorgang während des Anodisierungsprozesses automatisch durchführt, kann beispielsweise dem US-Patent 3«3*f1»Wf entnommen werden. Dabei wird die auf .einen bestimmten Wert abzugleichende Dünnfilmanordnung abwechselnden Zyklen von Anodisierung und Widerstandsmessung unterworfen. Da jedoch während des Anodisierungszyklus die elektrischen Ladungen die Neigung haben, sich an der abzugleichenden Dünnfilmanordnung anzulagern und anzuhäufen, muß der Widerstandsmeßzyklus von ausreichender Dauer sein, um ein Verschwinden dieser Ladungen zu ermöglichen. Wenn nur eine nicht ausreichende Zeitspanne vorliegt, verschwinden die Ladungen nicht vollständig, so daß jede Widerstandsmessung bei einem nachfolgenden Widerstandsmeßzyklus mit einem Fehler behaftet ist. Infolgedessen muß bei der Anordnung des erwähnten US-Patentes die Dünnfilmanordnung einem abwechselnden Anodisierungszyklus von 5o ms und einem Widerstandsmeßzyklus von 125 ms Dauer unterworfen werden, so daß die zur Anodisierung einer vorgegebenen Anordnung auf einen bestimmten Wert benötigte Gesamtzeit in der Größenordnung von meh-

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reren Minuten liegt.

Zwar hat sich die in dem erwähnten US-Patent beschriebene Anordnung als in der Praxis durchaus wirkungsvoll gezeigt, es muß jedoch festgestellt werden, daß die Anodisierung tatsächlich lediglich weniger als 28 % der gesamten Verfahrenszeit in Anspruch nahm. Zwar ist es möglich, einen solchen Zeitverlust für die Anodisierung nur einiger Anordnungen in Kauf zu nehmen, er wird jedoch dann unwirtschaftlich, wenn bei Großherstellungsverfahren Hunderte oder Tausende von Anordnungen auf einen bestimmten Festwert abgeglichen werden müssen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem es möglich ist, eine Dünnfilmanordnung auf einen bestimmten Wert mit Hilfe eines AnodisierungsVorganges abzugleichen, ohne daß ein beträchtlicher Teil der Gesamt v,erfahrenszeit vergeudet werden muß, um den Widerstand der abzugleichenden Anordnung kontinuierlich zu überwachen.

Die Erfindung, die von einem Verfahren zum Abgleich einer Dünnfilmanordnung nach der eingangs geschilderten Art ausgeht, löst diese Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte: Der Anfangswert der Anordnung wird gemessen, die Anordnung wird zur Erhöhung des V/iderstandes in Richtung auf einen vorbestimmten Wert während eines ersten Zeitintervalls anodi- siert, nach Ablauf des ersten Zeitintervalls wird der Wider-

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stand nochmals gemessen, aus dieser Widerstandsmessung wird mit Hilfe von Rechenanordnungen das zur Fortsetzung der Anodisierung notwendige zusätzliche Zeitintervall errechnet, damit der Widerstand der Anordnung den vorbestimmten Widerstandswert erreicht und es wird eine erneute Anodisierung der Anordnung für das zusätzliche Zeitintervall durchgeführt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die erneute Anodisierung vor Ablauf des zusätzlichen Zeitintervalls beendet, woraufhin dann der Reihe nach die weiter oben angegebenen Verfahrensschritte vom erneuten Messen des Widerstandes bis zur erneuten Anodisierung wiederholt durchgeführt werden, bis der Widerstandswert der Anordnung innerhalb eines Wertes von -£ des vorbestimmten Widerstandswertes liegt, wobei £ die erlaubte Abweichung bzw. Toleranz von dem vorbestimmten Widerstandswert darstellt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden, in welcher anhand der Figu-ren das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens in Aufbau und Wirkungsweise im einzelnen näher erläutert ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 teilweise in schematischer und teilweise in Blockdar-

stellung die Darstellung eines erfindungsgemäßen Anodisierungsschaltkreises,
Fig. 2A zeigt in perspektivischer Darstellung einen ideali-

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eierten Dünnfilmwiderstand, derart, wie er vorteilhaft

terweise mit Hilfe des in Fig, 1 dargestellten Apparates auf einen vorbestimmten Wert abgeglichen werden kann,

Fig. 2B zeigt, ebenfalls in perspektivischer Darstellung, den in Fig. 2A dargestellten DUnnfilmwiderstand nach einer anfänglichen Periode der Anodisierung,

Fig. 3 zeigt als Diagramm die Änderung des Widerstandes über der Zeit für eine Dünnfilmanordnung, wie in Fig. 2A dargestellt, während

Fig. if ein gemäß der Erfindung verwendbares Flußdiagramm darstellt, um die Anodisierung einer Dünnfilmanordnung .auf einen vorbestimmten Wert zu kontrollieren.

In Fig. 1 ist ein Anodisierungsapparat dargestellt, der gemäß der Erfindung dazu verwendet werden kann, einen Dünnfilmwiderstand oder eine sonstige Anordnung auf einen vorbestimmten Wert einzustellen bzw. abzugleichen. Wie Fig. 1 entnommen werden lcann, befindet sich der abzugleichende Dünnfilmwiderstand Io in einem Elektrolyten 11 untergetaucht, welcher in einem elektrisch nicht leitendem Tank 12 enthalten ist. Weiterhin ist in dem Tank 12 eine zylindrische Metallkathode 13 angebracht, die zusammen mit dem Widerstand 1o und dem Elektrolyten 11 eine elektrolytische Anodisierungszelle 14 bildet. In Üblicher Weise bestehen" sowohl Widerstand Io als auch Kathode 13 aus Tantal, wobei bei dem dargestellten. Ausführungsbeispiel der Elektrolyt 11 üblicherweise aus einer o,1 %igen Zitronensäurelösung besteht.

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Wie bekannt, besteht der Widerstand Io aus einem isolierenden Substrat 16, auf welchem ein Muster 17 eines dünnen, einen Film bildenden Metalls abgelagert ist. Ein Paar ohm'scher Kontakte 18 sind gleichfalls an jedem Ende des Musters 17 auf dem Substrat abgelagert und stellen Verbindungsleitungen für das Muster 1? nach außen dar. üblicherweise wird eine Schicht eines nicht leitenden Materials, beispielsweise in der Figur nicht dargestelltes Wachs, auf jeden der Kontakte 18 aufgebracht, um einen direkten Durchtritt des Stromes von jedem der Kontakte 18 in den Elektrolyten 11 zu verhindern, wobei dieser*Strom die Neigung haben würde, eine Anodisierung des metallischen Musters 17-auf dem Widerstand To zu verhindern.

Die Kathode 13 ist über eine Verbindungsleitung 19" mit dem negativen Anschluß 21 einer Konstantstromquelle 22 verbunden. Normalerweise ist weiterhin jeder Kontakt 18 des Widerstandes 1o über ein Paar isolierter Verbindungsleitungen 23 und Unterbrecherkontakte 2k eines Relais 26 mit dem positiven Anschluß 28 der Stromquelle 22 verbunden.

Wird das Relais 26 betätigt, dann werden die Verbindungsleitungen 23 über ein entsprechendes weiteres Paar von Verbindungsleitungen 31 an einen Widerstandsmeßkreis 32 gelegt, über eine Verbindungsleitung 33 ist der Ausgang des Widerstandsmeßkreises 32 mit dem Eingang eines Analog/Digitalumwandlers 3k verbunden. Der Umwandler 3k wandelt das den Widerstandswert des Widerstands 1o darstellende analoge Signal in eine digitale

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Form um. Von dem Umwandler 3*l· gelangen diese digitalen Signale über eine Leitung 36 in einen allgemeinen Digitalrechner 37· An den Rechner 37 ist ein Zeitkreis 38 bzw. ein Zeitintervallgeber angeschlossen, der dem Rechner 37 Zeitsignale zuführt. Schließlich ist noch mit dem Ausgang des Rechners 37 über eine Leitung 1+1 ein Regelkreis 39 verbunden, um dem Rechner über die Leitung ϊ\2. eine Einwirkungsmöglichkeit auf die Steuerwicklung 1+3 des Relais 26 zu geben. Der Regelkreis 39 ist weiterhin über eine Leitung ifZf. mit der Stromquelle 22 verbunden, um am Ende des Anodisierungsproezsses den von diesem herrührenden Stromfluß zu unterbrechen. Zu Überwachungszwecken .können der Stromquelle noch ein Amperemeter 1+6 und ein Voltmeter i+7 zugeordnet sein, falls dies erwünscht ist.

Die Fig. 2 zeigt den Widerstand 1o in größerer Darstellung. Aus Gründen eines besseren Verständnisses ist diese Darstellung insofern vereinfacht, als die Kontaktanschlüsse 18 entfernt, worden sind und indem angenommen wird, daß das Muster des dünnen metallischen Films eine rechteckförmige und keine gezähnte bzw. meanderförmige Gestalt aufweist. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die weiter unten abgeleiteten Formeln auch auf andere Konfigurationen eines Musters 17 anwendbar sind, vorausgesetzt, daß diese sich im wesentlichen einer rechteckförmigen Darstellungsform annähern. Wie in Fig, 2A dargestellt, v/eist das Muster des dünnen Metallfilmes 17 eine Länge L, eine Breite W und eine Anfangshöhe H auf, der zwischen den Punkten a und b_ gemessene elektrische Widerstand

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des Musters 17 ergibt sich somit aus folgender Gleichung;

Dabei stellt f den spezifischen Widerstand des Metallfilms dar, aus dem das Muster 17 hergestellt ist.

Fig. 2B zeigt den Dünnfilmwiderstand 11 nachdem eine Anfangsperiode einer Anodisierung durchgeführt worden ist. Wie dargestellt, überlagert nunmehr ein Film eines elektrisch nicht leitenden, anodischen Oxyds k9 das Muster 17 und weist selbst eine Dicke X auf. Da sich die Gesamthöhe H des Musters 17 nicht geändert hat, folgt daraus, daß die Höhe IL des verbliebenen, nicht oxydierten Metalls durch folgende· Gleichung gegeben ist:

= H₀ - X (2)

Sowie also der Anodisxerungsprozess des Widerstandes 1o, der hier einem Umwandlungsprozess entspricht, fortschreitet, um so größer wird die Tiefe des Oxydfilms 49, wobei die Höhe des verbliebenen, nicht oxydierten Metallfilmes entsprechend abnimmt. Dadurch vergrößert sich der Gesamtwiderstand des Dünnfilmwider Standes, wie er zwischen den Punkten a und b_ zu messen ist.

Unter der Annahme, daß die Oxydation auf einer Oberfläche

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-Tt-

H 21H972

init dem Flächenbereich WL gleichmäßig fortschreitet, und unter der weiteren Annahme, daß die Oxydierungsgeschwindigkeit bzw. die Rate der Oxydation konstant ist (was im wesentlichen dann der Fall ist, wenn die Stromquelle 22 eine Konstantstromquelle darstellt), kann die Höhe des zu einem· bestimmten Zeitpunkt verbliebenen, nicht oxydierten Metallfilmes durch folgende Gleichung angegeben werden:

H(t) = H₀ (1 - «St), (3)

wobei H die "Anfangshöhe des metallischen Musters vor der Anodisierung ist und v/obei pC eine Konstante darstellt. Verknüpft man Gleichung 3 mit Gleichung 2 und 1 erhält man die folgenden Gleichungen (if) und (5)i

1 -

(5)

dabei stellt K .eine Konstante für ein vorgegebenes leitendes Muster 17 dar.

Wie in Fig. 3 dargestellt, weist der Verlauf des Widerstandes des Musters 17 über der Zeit eine hyperbolische Form auf. Dabei ist die Zeit t = ο willkürlich für einen bestimmten Zeitaugenblick gewählt worden, bevor der Widerstand des Musters 17 den gewünschten Widerstandswert R, angenommen hat,

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d_eh. den Widerstandswert, auf welchen der Widerstand 1o abgeglichen werden soll. In Fig. 3 stellt die Zeit t = T den Zeitpunkt dar, an welchem die Anodisierung des Widerstandes 1g abgeschlossen sein muß, wenn der Widerstand des WiderStandes 1o genau gleich sein soll dem gewünschten Widerstandswert H,_a Die Form der in Fig. 3 dargestellten hyperbolischen Kurve hängt ab von dem Wert der Konstanten K und OC in Gleichung 5 und unterscheidet sich im allgemeinen für jedes * unterschiedliche leitende Muster 17« Zusätzlich dazu sind auch noch die Konstanten K und &C abhängig von der auftretenden Aaodisierungsrate.

Da der Anodisierungsprozeß durch.die beiden Konstanten K und OC charakterisiert werden kann, sind mindestens zwei Wider» Standsmessungen notwendig, um diese Konstanten abzuleiten. Vorteilhafterweise werden diese Messungen durchgeführt, bevor der Anodisienngsprozeß zu weit fortgeschritten ist. Dabei fc stellt der Punkt t = ο einen geeigneten Punkt zur Vornahme der Messung dar, wobei der entsprechende V/iderstand zu dieser Zeit als R definiert sein soll. Aus Erfahrung weiß man, daß der Oxydationsprozeß nicht vor einer Zeit t = tf vollständig durchgeführt sein kann, so daß man den zweiten benötigten Punkt für eine Messung mit t = t- auswählen kann, wobei t. = r · ist und reinen Bruchteil & 1 darstellt. Wird der zum Zeitpunkt t = t gemessene Widerstand als R^ definiert, dann kann man aus der Gleichung (5) schreiben

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Löst man die Gleichungen (6) und (7) für K und oC , erhält man

K β R₀ (8)

OC = . (9)

R t

Weiter vorn wurde der Widerstand R, als der Widerstandswert definiert, den die Dünnfilmanordnung schließlich erreichen soll. Es muß deshalb der Wert t » T ausgerechnet werden, d.h. die Zeit, zu welcher die Dünnfilmanordnung den Widerstand R, erreichen wird. Man hat

setzt man die Werte für K und <*C , die sich aus den Gleichungen (8) uad (9) ergeben, in die Gleichung (1o) ein, dann bekommt man

R₀

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Löst man die Gleichung (11) für T auf, dann erhält man

R₁ t₁ (R, - R_n)
^Rd ^tR1 - V

Infolgedessen erhält man mit lediglich zwei Messungen, nämlich mit R_Q zum Zeitpunkt t = ο und mit R.. zum. Zeitpunkt t = t^ die Gleichung (12), welche die Zeit T voraussagt, zu welcher der Dünnfilmwiderstand 1o den gewünschten Widerstandswert R, annehmen wird,

Dabei würde bei einer idealen, rauschfreien Situation die Fortsetzung des Änodxsierungsprozesses für den gesamten Zeitraum von T-Einheiten sicherstellen, daß die Dünnfilmanordnung ausgehend von ihrem Anfangswiderstandswert R auf den gewünschten V/iderstandswert R, abgeglichen ist. Demgegenüber ist jedoch bei einer praktisch durchzuführenden Anordnung immer ein gewisses Rauschen vorhanden, sowie geringfügige Fehler bei den Messungen, von R und R-. Deshalb ergibt im allgemeinen eine Anodisierung zu dem Zeitraum T bei einem tatsächlich durchgeführten Bearbeitungsvorgang nicht den gewünschten Widerstand R,, sondern es wird im allgemeinen ein gewisses Überschwingen bzw. Unterschwingen, d.h. ein gewisses Unterschreiten bzw, überschreiten des gewünschten Widerstandswertes auftreten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung"der Erfindung wird deshalb ein sog. »Iterations^ll-Schema verwendet, wobei mindestens eine und häufig mehrere weitere Widerstandsmessungen während des Anodisierungsverlaufes vorgenommen werden.

109842/1283 ./.

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Gemäß der Erfindung wird im allgemeinen die nächste Widerstandsmessung zum Zeitpunkt t - t* + £ (T - t-) vorgenommen, wobei r ein Bruchtöil von afc 1 ist,.

Wird also dementsprechend die nächste Messung bei t_o = t, + r (T - t,) gemacht, wobei der zu dieser Zeit gemessene V/iderstand als R₂ definiert wird und rechnet man dann K und OC von den Messungen R. und R₂, die zu den Zeiten t = t- und t = t₂ durchgeführt worden sind, zurück, dann erhält man zunächst:

^S1

Löst man die Gleichungen (13) und (iif) für K und oc auf, dann erhält man

1 2 2 "" 1

K = w— ρ—r (15)

R t - R t

R₃ — R₁

- K₁ t

Setzt man diese neuen Werte für K und OC in die Gleichung (1o) ein, dann erhält man

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- R

Löst man die Gleichung (17) für T auf, dann bekommt man schließlich:

Dieser neue Wert von T ist somit die revidierte Schätzung der ZeIt₅ zu welcher der Anodisierungsprozeß beendet sein mußj wenn die Dünnfilmanordnung den gewünschten Widerstands· wert R exakt erreichen soll. Es muß jedoch nochmals wiederholt werden, daß aufgrund des vorhandenen Rauschens in dem System und der Ungenauigkeiten in den Messungen von R- und R₂ der ganze Prozeß vorteilhafterweise mindestens ein- oder zweimal mehr wiederholt wird. Dieses Iterations- bzw. Wiederholungsschema kann wie folgt beschrieben werden: Die Zeit für die Widerstandsmessung ist durch folgende Gleichung gegeben

wobei die geschätzten Werte für K und °C sich aus

R.R. «(t. — t· ₁%
CRt Rt;

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•ΐ ™ ·ϊ 1

' '¹ ■ ' ergeben. (21)

Benutzt man diese beiden Gleichungen, um T auszurechnen, be kommt man:

- ^(Rd - ^Η1-1>^ΒΑ - <^Bd - ⁸J

Selbstverständlich muß dieser wiederholte Vorgang dann abgebrochen werden, wenn der gemessene Wert von R. sich so ergibt, daß er innerhalb der Toleranzgrenzen für R, liegt.

Aus Gleichung (19) ruft man eich ins Gedächtnis zurück, daß tj = tj, + r (T - tj j), wobei r_ eine Konstante ist, die £,1 ist. Wird jedoch r_ zu klein gemacht, dann ist die Konvergenz des Wiederholungsverfahrens zu langsam. Macht man demgegenüber auf der anderen Seite £ zu groß, dann besteht eine gewisse Gefahr, über den gewünschten Widerstandswert R, hinauszulaufen. Allgemein kann man davon ausgehen, daß je weniger Rauschen und je weniger Ungenauigkeiten in den Widerstandsraessungen vorliegen, um so größer kann man mit Sicherheit r machen. Sowie also das Wiederholungsverfahren fortschreitet, kann man r anpassen und nachdem mehrere Widerstandsmessungen durchgeführt worden sind, kann man so weit gehen, r = 1 werden zu lassen, um auf diese Weise eine schnelle Konvergenz der Reiteration zu erreichen. Typischerweise wird bei Beginn des Verfahrens r in der Größenordnung von o,5 sein und kann sich schrittweise umo,1 erhöhen, so

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daß es etwa bei Q,8 bzw_e o,9 liegt, wenn die letzten Widerstandsmessungen vorgenommen v/erden. Der genaue Wert von r hängt jedoch selbstverständlich von den bei einer bestimmten Anodisierungsapparatur vorgegebenen Variablen ab.

Fig. 4 zeigt in einer Darstellung das logische Flußschema zur Verwirklichung des obigen Algorithmus. Im folgenden soll dieses Flußschema genauer erläutert werden, wobei ausgehend von oben in logischer Folge nach unten gearbeitet wird. V/ie dargestellt, besteht der erste Schritt darin, den der Anodisierungsapparatur zugeordneten Zeitschaltkreis"auf Null einzustellen. Der nächste.Schritt besteht darin, den anfänglichen Widerstand R der auf einen bestimmten Widerstandswert abzugleichenden Dünnfilmanordnung zu messen. Der Rechner führt dann eine Rechnung durch, um festzustellen, ob der gemessene Widerstandswort R schon innerhalb des oberen Toleranzlimits R, = R, + t oder innerhalb des unte ren Toleranzlimits R," = R, - £ des ge- '" wünschten Widerstandswertes R. fällt. Befindet sich R innerhalb der Toleranzgrenzen, dann beendet das Flußdiagramm den Anodisierungsprοζeß. Falls, was üblicherweise der Fall sein wird, R sich außerhalb dieser Toleranzgrenzen befindet, wird eine Berechnung gemacht, um den Wert t- zu erhalten, welcher ein Bruchteil r_ (r^ 1) der insgesamt geschätzten Zeit darstellt, die notwendig ist, um den Widerstand auf den gewünschten Widerstandswert R, zu anodisieren. Der Widerstand wird dann für das Zeitintervall t^ anodisiert, wonach, nach Abschalten des anodisierenden Stromes, der neue Widerstands-

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wert R. zu diesem Zeitpunkt berechnet wird. Es erfolgt wiederum eine Berechnung, um festzustellen, ob R. sich innerhalb einer akzeptablen Nähe zu R, befindet. Falls dies der Fall ist, ist der Prozeß beendet. Trifft dies nicht zu, wird eine weitere Berechnung gemacht, und zwar unter Verwendung der

Werte R , R₁ und t,, um die Parameter K und oC aus der den o' 1 1'

Anodisierungsprozeß charakterisierenden Gleichung abzuleiten. Als nächstes wird die Zeit T, die notwendig ist, um den Widerstand auf den exakter Wert von R^ zu bringen, errechnet und ein Zähler wird auf den Wert i = 2 eingestellt.

Anschließend erfolgt eine Berechnung, um den V/ert von t. festzustellen, des Zeitintervalls, welches nötig ist, um den Widerstand der Dünnfilmanordnung auf einen Wert von 'R- anzuheben, welcher geringer als R,, jedoch größer als R. ist. Analog dazu ist die Zeit t. kleiner als T, jedoch größer als t-. Der Anodisierungsprozeß wird dann wieder aufgenommen, bis die insgesamt vergangene Zeit den Wert t. erreicht, wobei der Widerstand dann auf einen Widerstandswert von R. gebracht ist. Dieser Wert wird gemessen und wiederum eine Berechnung vorgenommen, ob R. innerhalb einer annehmbaren Nähe von R, fällt. Ist dies der Fall, ist der Prozeß beendet. Im anderen Falle werden die Parameter K und <& erneut aus den V/erten R. , R, · und t^ errechnet; aus der sich neu ergebenden Gleichung wird dann ein anderer Wert für T bestimmt. In Anpassung daran kann, falls erwünscht, der Bruchteil r nun größer gemacht werden, während der Wert von i um den Faktor 1 vergrößert in dem Zäh-

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- 2ο -

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ler gespeichert wird. An diesem Punkt wiederholt sich das Flußdiagramm und der neue Wert von t^ wird berechnet. Die . Schritte in dieser Schleife werden so oft wie notwendig wiederholt mit kontinuierlichen adaptiven Änderungen hinsichtlich des Bruchteils r, bis der Prozeß beendet ist, was dann der Fall ist, wenn sich B. innerhalb der gewünschten Toleranzgrenzen für R, befindet.

Mit der Programmierung von Computern bzw. Rechnern vertraute Personen können das in Fig. Zf dargestellte Flußdiagramm verwenden und ein eingehendes Programm aufstellen, welches in irgendeiner der bekannten Programmierungssprachen dargestellt ist, beispielsweise in PL/1, FORTRAN, COBOL usw. oder in einer anderen Maschinensprache. Ein in dieser Weise "hergestelltes Programm kann einem beliebigen, allgemeinen- Digitalrechner eingefüttert v/erden, um die in Fig. 1 dargestellte Anodisierungsapparatur zu regeln und auszusteuern. Desgleichen ist &s -jedoch' möglich, einen für diesel speziellen Zweck konstruierten Digital- bzw. Analogrechner zu verwenden, um diesem das in Fig.- l± dargestellte Flußdiagramm einzugeben und die in Fig. 1 dargestellte Apparatur auszusteuern.

Im folgenden wird nochmals auf die Darstellung der Fig. 1 eingegangen und deren Wirkungsweise beschrieben. Zunächst wird der abzugleichende Dünnfilmwiderstand 1o in den Tank 12 eingeführt, so daß er mit dem Elektrolyten 11 in Berührung kommt. Anschließend wird der Rechner 37 aktiviert

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und beeinflußt seinerseits über die Leitung If 1 den Regelkreis 39, der über die Leitung l\Z das Relais 26 betätigt. Das unter Strom gesetzte Relais 26 verbindet die von dem Widerstand 1o kommenden Leitungen 23 über die Leitungen 31 mit dem Widerstandsmeßkreis 32. Der Widerstandsmeßkreis 32 mißt dann den Anfangswiderstandswert R des Widerstands 1o. Anschließend wandelt der Analog/Digitalumv/aridler 3k den gemessenen Widerstandswert in eine digitale Form um, woraufhin die digitalen Signale über die Leitung 36 in die Gedächtniszentrale des Rechners 37 eingegeben werden, wo die Information bis zur Verwendung gespeichert wird. Der Rechner führt dann die notwendigen Berechnungen aus, -um festzustellen, ob sich R innerhalb akzeptabler Toleranzgrenzen von R, befindet und befiehlt dann, falls R_Q, wie allgemein der Fall, sich nicht innerhalb dieser vorgeschriebenen Toleranzgrenzen befindet, dem Regelkreis das Relais 26 abzuschalten und den ersten Anodisierungszyklus durch Anschluß an die Konstantstromquelle 22 zu- beginnen.

Nachdem der Zeitschaltkreis 38 dem Rechner den Ablauf des Zeitintervalls t = t. angezeigt hat, befiehlt der Rechner 37 wiederum dem Regelkreis 39, das Relais 26 zu betätigen und den Anodisierungsprozeß zu unterbrechen. In entsprechender Weise, wie bei der Messung des Anfangswiderstandswertes R , wird der neue Widerstandswert R- des Dünnfilmwiderstandes 1o zu diesem Zeitpunkt gemessen und in den Computer eingegeben, der wiederum die notwendigen Berechnungen durchführt, um fest-

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zustellen, ob dieser veränderte Widerstand sich innerhalb annehmbarer Toleranzgrenzen zu dem gewünschten Widerstand R, befindet,, Falls sich, wie das üblicherweise der Fall sein' wird, β- immer noch nicht innerhalb der Toleranzgrenzen für R, befindet, berechnet der Comput-er aus den oben angegebenen "Gleichungen, die Parameter K und OO der hyperbolischen Gleichung, die den Anodisierungsprozeß charakterisiert. Wie schließlich dem Flußdiagramm in Fig. Zf entnommen werden kann, wird dieses gesamte Verfahren so viele Male wiederholt, wie notwendig, bis der von dem Meßkreis 32 gemessene Wid er standswert des Widerstandes Io tatsächlich innerhalb der Toleranzgrenzen für den gewünschten. Widerstand R, fällt.

Da r adaptiv gemacht werden kann, d.h. dem gesamten Verfahren hinsichtlich seines V/ertes angepaßt werden kann, konvergiert die Iteration schnell, so daß nach nur wenigen Widerstandsmes-,

sungen die exakte Zeit T, zu welcher der Anodisierungsprozeß beendet sein muß,, bekannt ist. Nachdem der Zeitschaltkreis 38 den Ablauf der Zeit T angezeigt hat, befiehlt der Rechner 37 dem Regelkreis .39, das Relais 26 zu betätigen und durch Abschaltung der Stromquelle 22 den Anodisierungsprozeß zu beenden.

Es ist darauf hinzuweisen," daß dieses vorliegende Verfahren im Vergleich zu dem bekannten Stand der Technik eine außerordentlich schnelle Annäherung an den gewünschten Widerstandswert R, in einem Minimum notwendiger Zeit ermöglicht, wobei üblicherweise weniger als 5 Widerstandsmessungen benötigt v/er-

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den. Dies stellt eine beträchtliche Verbesserung des bekannten Stands der Technik dar, die üblicherweise Hunderte von zeitraubenden Widerstandsmessungen benötigt.

Im vorhergehenden ist die Erfindung mit Bezug auf die Einstellung bzw. das Abgleichen eines Widerstandswertes eines Dünn filmwiderstandes beschrieben worden, es versteht sich jedoch, daß die Grundsätze der vorliegenden Erfindung auch bei Verwendung anderer Anodisierungsprozesse zweckvoll angewendet werden können, beispielsweise bei der Bildung eines nicht leitenden dielektrischen Filmes für die Platten eines Dunnfilmkondensators. Da die Dicke des- ursprünglichen, nicht oxydierten Metallfilmes (angenähert) aus den Parametern des Aufstäubungsverfahrens errechnet werden kann, erlaubt der Widerstand des verbliebenen nicht oxydierten Metallfilmes einen Hinweis auf die Dicke des erzeugten Oxydfilms. Die Dicke dieses Oxydfilms ist im Falle eines Dünnfilmkondensators wichtiger als der Widerstand des darunter liegenden Metallfilms. Darüber hinaus ist es für einen Fachmann klar erkennbar, daß die vorliegende Erfindung auch dort angewendet werden kann, wo der anodische Film aus Schmuck- bzw. Dekorationsgründen erv/ünscht ist, beispielsweise in der Herstellung dekorativer Metallschilder und Schmuck. Die Erfindung kann im übrigen, abgesehen von Anodisierungsprozessen, auch bei sonstigen anderen Verfahren angewendet werden, wo eine linear sich mit der Zeit verändernde Funktion die Parameter eines bearbeiteten Werkstückes verändert,

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Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Verfahren zum Abgleich einer Dünnfilmanordnung durch wiederholte Messung und Anodisierung, wobei der elektrische Widerstand einen vorbestimmten Wert erreicht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

   Der Anfangswiderstand (R ) der Anordnung (1o) wird gemessen, die Anordnung wird zur Erhöhung des Widerstandes in Richtung auf einen vorbestimmten Wert (Rj) während eines ersten Zeitintervalls (t-) anodisiert,

   nach Ablauf des ersten Zeitintervalls (T-) wird der Widerstand (R-) nochmals gemessen,

   aus dieser Y/iderstandsmessung wird mit Hilfe von Rechenanordnungen (34₅37j3S) das zur Fortsetzung der Anodisierung notwendige zusätzliche Zeitintervall (T-t-) errechnet, damit der Widerstand der Anordnung den vorbestimmten V/ider-. standswert (R,) erreicht, und es wird eine erneute Anodisierung der Anordnung für das zusätzliche Zeitintervall (T-t^) durchgeführt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erneute Anodisierungsschritt vor Ablauf des zusätzlichen Zeitintervalls (T-t-) abgebrochen wird und daß zu wiederholten Malen die Widerstandsmessung,"die Berechnung und der Anodisierungsvorgang durchgeführt wird, bis der Widerstand der Anordnung innerhalb - S eines vorbestimmten Widerstandswertes (Rj) gemessen wird, wobei £ die erlaubte Toleranz-

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   abweichung von dem vorbestimmten Widerstandswert darstellt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor jedem Anodisierungsschritt und erneutem Anodisierungsschritt mittels maschineller Anordnungen bestimmt wird, ob der Widerstand der Dünnfilmanordnung den vorbestimmten Widerstand innerhalb der - £ Toleranzgrenzen erreicht hat.

   Zf. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einem weiteren Verfahrensschritt die von den maschinel-' len Mitteln bei der Durchführung der Rechnungen verwendeten Parameter adaptiv verändert werden, wenn der Iterationsprozeß durchläuft, so daß der Widerstand der Anordnung schnell in Richtung auf den vorbestimmten Widerstandswert konvergiert.

   5·' Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Verfahrensschritt vor jedem Anodisierungsschritt mittels maschineller Mittel der gegenwärtige Widerstandswert der Anordnung mit den oberen und unteren vorgeschriebenen Toleranzgrenzen verglichen wird, um festzustellen, ob der Abgleichvorgang beendet v/erden kann.

   6« Vorrichtung zur Anodisierung eines DünnfilmwiderStandes auf einen bestimmten Widerstandswert zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, mit einemι eine elektrolytische Lösung enthaltenden Tank,

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   21U972

   einer innerhalb des Tankes in Kontakt mit der elektrolytischen Lösung angeordneten Kathode mit Anordnungen zur Lagerung des Widerstandes innerhalb des Tanks in Berührung mit der elektrolytischen Lösung, wobei der Widerstand als Anode wirkt und zusammen mit der Kathode und der elektrolytischen Lösung eine elektrolytische Zelle bildet, mit Schaltungsanordnungen zur Zuführung eines elektrischen Stromes zu der Anode und Kathode, um den Widerstand zu anodisieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rechner (37) mit Anordnungen (32) zur Messung des elektrischen Widerstandes des Dünnfilmwiderstandes (1o) verbunden ist und daß der Rechner (37) weiterhin mit einer bistabilen Schaltungsanordnung (39) verbunden ist, die in Reihe mit den Stromversorgungsanordnungen (22,/jif) liegt.

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