DE2146985A1 - Anordnung zur Herstellung von elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

DIPL.-ING. KLAUS NEUBECKER Patentanwalt

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 2O. Sept. 1971

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V.St.A.

Anordnung zur Herstellung von elektronischen Bauelementen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektronische Dünnfilm-Bauelemente wie Dünnfilm-Halbleiterbauelemente und insbesondere auf eine Anordnung zu ihrer Herstellung.

Bei der Herstellung von Dünnfilm-Bauelementen müssen eine Anzahl Masken nacheinander genau im Verhältnis zu einem Substrat ausgerichtet werden. Die Ausrichtgenauigkeit der einzelnen Masken relativ zum Substrat muß innerhalb einer geringen Toleranz in der Größenordnung von 1 Mikron liegen. Die Schwierigkeit eines derartigen Verfahrens ergibt sich aus der Notwendigkeit, daß innerhalb eines Vakuums auszuführende Maskenbewegungen von außen über vakuumdichte Durchführungen in den Innenraum übertragen werden müssen. In der Vergangenheit sind verschiedene Versuche gemacht worden, um die Ausrichtung nacheinander folgender Masken mit einem Substrat mit der gewünschten Genauigkeit zu erreichen. Aber mit innerhalb des Vakuums betriebenen Einrichtungen war eine Genauigkeit von 1 Mikron nicht reproduzierbar zu erreichen.

Unter Vakuumbedingungen sind keine Gase vorhanden, die sonst ein übereinandergleiten von Metallteilen in der unter normalen atmosphärischen Bedingungen bekannten Weise ermöglichen. Die Metallteile haften im Vakuum aneinander und leisten einer Gleitbewegung

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Widerstand. Darüber hinaus können bei Vakuumbedingungen die meisten Schmiermittel nicht benutzt werden, da sie Dampfdrücke aufweisen, die Verunreinigung hervorrufen.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Anordnung zur Herstellung elektronischer Bauelemente durch Aufdampfen zu schaffen, die trotz vergleichsweise geringen wirtschaftlichen Aufwandes ein Arbeiten mit größerer Genauigkeit als bisher und insbesondere innerhalb einer Toleranzgrenze kleiner als + 1 Mikron ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung zur Herstellung elektronischer Bauelemente auf einem Substrat durch Aufdampfen erfin-

™ dungsgemäß gekennzeichnet durch eine Mehrzahl in einer Reihe angeordneter, nacheinander einer Aufdampfstation zuführbarer Masken, eine Einrichtung mit Rahmen zur Aufnahme der einzelnen Masken und zu deren aufeinanderfolgender Verschiebung zu der Aufdampfstation hin bzw. von dieser weg, eine Einrichtung mit einem Gehäuse zur Speicherung eines Vorrates an Substratmaterial, wobei das Gehäuse eine von der Aufdampfstation entfernte Substrataufnahmefläche aufweist, eine Einrichtung zur Halterung einer Quelle für durch die Masken auf das Substrat aufzudampfendes Material, wobei die Quelle sich auf der dem Gehäuse abgewandten Seite der Maske befindet, eine zwischen der Quelle und dem Rahmen angeordnete Verschlußeinrichtung, eine Einrichtung zur Ausrichtung des Substratmaterials im Verhältnis zu der Auf dampf stat ion und zur Fortbewegung aus dieser Lage, eine Einrichtung zur genauen Ausrichtung der Maske und des Substratmaterials, eine Einrichtung zur Bewegung des Gehäuses und/oder Rahmens aufeinander zu und voneinander weg, die/in exner Vakuumkammer angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch die Ansicht einer Masken auswechselnden Einrichtung nach der Erfindung;

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- 3 Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 im vergrößerten Maßstab einen Vertikal-Teilschnitt durch Fig. 2 längs der Linie III-III;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch Fig. 3 längs der Linie IV-IV;

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein nach der Erfindung hergestelltes Halbleiterbauelement;

Fig. 6 einen Sektorausschnitt aus einem scheibenförmigen Maskenträger;

Fig. 7 eine Ansicht des scheibenförmigen Maskenträgers in Blickrichtung VII-VII der Fig. 6 mit weiteren, z. T. im Schnitt dargestellten Betriebseinrichtungen; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Fotozellen, Verstärkern und eines Servomotors.

Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Teile in den einzelnen Figuren der Zeichnung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein im ganzen mit 10 bezeichnetes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Herstellung von elektronischen Bauelementen nach der Erfindung mit einem Maskenträger 12, einem Substratträger 14, Quellen 16 für aufdampfbares Material, einer antreibbaren Welle 18, die auf den Maskenträger 12 Drehbewegungen überträgt, einer Heb- und Senkvorrichtung 20 für den Substratträger 14, einem Verschluß 22 und mit (nicht dargestellten) Wandungen einer die zuvor aufgezählten Vorrichtungen enthaltenden Vakuumkammer.

Der Maskenträger 12 ist als Drehkörper oder als horizontal angeordnetes, auf einer drehbaren Welle 24 befestigtes Maskenträgerrad

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(Fig. 2) ausgebildet. Die Welle 24 wird von einem im ganzen mit bezeichneten Malteserkreuzgetriebe (Fig. 1) angetrieben, das den Maskenträger 12 in zeitlichen Abständen um Winkelbereiche dreht, deren Anzahl der Zahl an dem Maskenträger 12 befestigter Masken entspricht. Der Antrieb des Malteserkreuzgetriebes 26 erfolgt wiederum von einer Einrichtung wie etwa einem Motor (nicht dargestellt) über die drehbare Welle 18 und Kegelräder 28 und 30, dessen erstes gleichzeitig ein Kegelrad 32 und damit einen Verschluß 22 antreibt.

Wie weiter ins einzelne gehend in Fig. 2 dargestellt, weist der Verschluß 22 ein bogenförmig ausgebildetes Bauteil wie etwa eine halbkreisförmige Scheibe auf, die zwischen der Quelle 16 aufzudampfenden Materials und dem Substratträger 14 angeordnet ist. So, wie eine Maske nach der anderen unter den Substratträger 14 gebracht wird, betätigt die Antriebswelle für den Maskenträger 12 auch den Verschluß 22, dessen Steuerung während der "Totzeit" des Malteserkreuzgetriebes 26 erfolgen kann.

Alternativ können die mechanischen Vorrichtungen zum Antrieb des Maskenträgers 12 und des Verschlusses 22 einschließlich des Malteserkreuzgetriebes 26 durch elektrisch betätigte Vorrichtungen wie Servomotoren mit einer von aaßen kalibrierten Positioniereinrichtung einschließlich einer Fotozelle ersetzt werden, so daß auf diese Weise sonst notwendige Vakuumdichtungen für die. Vakuumtrennwand durchdringende mechanische Vorrichtungen wie drehbare Wellen überflüssig werden.

In Fig. 1 und 2 ist eine Mehrzahl in gleichmäßigen Abständen an dem Umfang des Maskenträgers 12 angeordneter Bedampfungs-Masken 34, 36, 38 und 40 dargestellt. Die Masken sind auf gleichen Rahmen oder Maskenhaltern 42 befestigt. Sie sind auf geeignete Weise wie durch Schrauben 44 an dem Maskenträger 12 befestigt. Ihre Anzahl ist beliebig.

Die verschiedenen Masken 34 - 40 sind auf geeignete Weise wie durch Schrauben 46 genau an der vorgesehenen Stelle ihrer zugehö-

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rigen Maskenhalter 42 befestigt, so daß das Muster der einzelnen Masken jeweils oberhalb einer öffnung 49 angeordnet ist und dadurch eine genaue Stellung an der Aufdampfstation unter dem Substratträger 14 aufweist. Um die gegenseitige Lage der Muster der verschiedenen Masken 34 - 40 an der Aufdampfstation genau festlegen zu können, sind die Masken 34 - 40 und der Substratträger 14 mit einer Einrichtung zu ihrer Ausrichtung versehen, die eine Einrichtung mit öffnungen, vorzugsweise zwei öffnungen 48 uml 50 (Fig. 2) zur Aufnahme eines Paares irn Abstand angeordneter Äuäz.ichtstifte 52 und 54, die einzeln über eine uniexe Begrenaungsflache 56 des Substratträgers 14 hinausragen, aufweist. Wie Fig. 4 zeigt, sind die öffnungen 48 und 50 nach einer: Paar öffnungen 58 und 60 im Maskenhalter 42 ausgerichtet, wodurch die gesamte L'inge der Ausrichtstifte 52 und 54 aufgenommen wird, wann der Subßtrt.tträger in einer Weise, wie welter unten beschrieber, werdan, soll, abgesenkt wird. Es versteht sich, daß die Ausrichtstifte 52 und 54 mit den öffnungen 58 und 60 vertauscht werden können.

um die erforderliche Toleranz von einem Mikron beim Festlegen der Reihe von Masken an der Aufdampfstation zu erreichen, sind die Ausrichtstifte 52 und 54 auf ein genaues Maß poliert, das im wesentlichen den Durchmessern der öffnungen 48 und 50 gleicht. Um das Kuppeln der Ausrichtstifte 52 und 54 mit ihren zugehörigen öffnungen und auch das Entkuppeln zu erleichtern, sind die unteren Endbereiche der Ausrichtstifte vorzugsweise verjüngt ausgebildet.

Der Substratträger 14 weist ein Mittelstück 62 mit einer unteren Begrenzungsfläche als Substrataufnahmefläche 56, zwei Paare entgegengesetzt nach außen gerichtete Arme 64, 66, 68 und 70 oder flanschartig ausgebildete Bereiche und ein Paar Spulen 72 und 74 auf. Die Spulen 72 und 74 tragen einen längserstreckten Streifen flexiblen Materials wie beispielsweise einen Film oder ein Band 76 aus geeignetem Substratmaterial. Alternativ kann anstelle: des Bandes 76 eine starre Platte, beispielsweise eineGlasplatte benutzt werden. Wenn jedoch mehr als ein elektronisches Bauelement hergestellt werden soll, ist die Verwendung von Wickeln flexiblen Bandes 76 als Substrat vorzuziehen, um die Vorteile des Geserct-

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systems durch einen wiederholten Einsatz der Masken so aufeinander folgend nutzen zu können, ohne daS das Vakuum, das die Einrichtungen umcibt, aufgehoben werden muß.

Dns 3ar>rl 76 ist auf der ersten der beiden Spulen 72 und 74, einer Vorratsspule 72 aufgewickelt und erstreckt sich ausgehend von der Vorratsspule 72 über der Substrataufnahmefläche 56 von ihrer einen Seite bis zur andaren und weiter bis zur zweiten Spule, einer Aufwickelspule 74, Die Spulen sind auf Wellen 78 und 80 angeordnet, die an den Er.dan der Arme 64 - 70 durch gleichartige Halterungen 82 gehalten sind«

ρ Nachdem ein vorgegebener Bereich des Bandes 76 einer Aufdampfung durch die verschiedenen Masken 34 - 40 hindurch ausgesetzt worden ist, wird die Aufwickelspule 74 im «sgefee&iHseK· Uhrzeigersinn (bezogen auf die zeichnerische Darstellung) durch eine Welle 80, die einen radial erstreckten Stift 84 aufweist, der mit einem Paar Stifte 86 und 88 am Ende einer Welle 90 in Eingriff steht, gedreht.

Der Substratträger 14 ist schwenkbar oberhalb der Aufdampfstation, also oberhalb der Maske 40 angeordnet, wodurch eine Grundausrichtung der Stifte 52 und 54 in bezug auf die zugehörigen öffnungen 48 und 50 in den verschiedenen Masken 34 - 40 erhalten wird. Der Substra*;träger 14 kann auf beliebige geeignete. Weise wie durch " ein Paar Zapfen 92 und 94, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Substratträgers in einer im wesentlichen oberhalb seines Schwerpunktes und vorzugsweise In einer Ebene durch die Achsen der Ausrichtatifte 52 und 54 erstrecken, in der Waage oder hängend gehalten werden.

Die Heb- und Senkvorrichtung 20 für den Siibstratträger 14 weist vorzugsweise einen Hebe?_f etwa einen Kniehebel 96 CFig* 1) mit einem horizontalen Bereich ⁰S", eina; vertikalen Bereich 100 und einer Schwenkachse 10;ΐ auf, Am unteren ^..Oe- des Bereiches 100 liegt ein Betätigung??«töüel 1Ο4 e, der, %i.i £rnrch den Pfeil 1Ο6 gezsiijti- in entgegengesetzten Richtungen: bewsgt Herder« kann. Wie _

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in Fig. 2 dargestellt, ist der Bereich 98 an seinem der Schwenkachse abgewandten Ende gabelförmig ausgebildet und weist zwei Arme 108 und 110 auf. Jeder der Arme enthält an seiner oberen Begrenzungsfläche je eine Nut 112, in der die Zapfen 92 und 94 gleitend angeordnet sind, so daß sie eine begrenzte Bewegung ausführen können. Jede Nut dient der Begrenzung horizontaler Bewegungen der Zapfen 92 und 94 und gewährleistet dadurch die Grundausrichtung der Stifte 52 und 54 gegenüber den öffnungen 48 und 50.

Wird danach der Betätigungsstößel 104 gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach links bewegt, so dreht sich der Kniehebel 96 (bezogen auf die zeichnerische Darstellung) im Uhrzeigersinn (wie durch den Pfeil 114 angedeutet) und hebt dadurch den Substratträger 14 so weit an, bis die unteren Enden der Ausrichtstifte 52 und 54 die Oberfläche der Maske 40 freigeben. Wenn umgekehrt der Betätigungsstößel 104 (bezogen auf die Fig. 1) nach rechts bewegt wird, dreht sich der Kniehebel 96 im umgekehrten Uhrzeigersinn (wie durch den Pfeil 114 gezeigt), worauf der Substratträger 14 abgesenkt wird, bis das Band 76 die Maske 40, wie durch die strichpunktierten Linien 116 (Fig. 3) angedeutet, berührt.

Um zufriedenstellende Dünnfilm-Bauelemente herstellen zu können, sind die Masken 34 - 40 unter Einhaltung einer genauen Lage auf den Maskenhaltern 42 festgelegt. Jede von ihnen ist durch Schrauben 46 befestigt. Im Verlaufe eines anschließenden Aufdampfens durch die verschiedenen Masken erfolgt zunächst das Aufdampfen auf eine Testplatte durch die Maske 34. Das erhaltene Muster dient darauf als Normal zur Ausrichtung der übrigen Masken 36 - 40. Jede dieser Masken wird in einer Feinjustage ausgerichtet, indem das aufgedampfte Normal-Muster durch die auszurichtende Maske mit Hilfe eines Mikroskopes beobachtet wird. Darauf bringt man die Maske in die gewünschte Lage und zieht die Schrauben 46 an, um sie dauerhaft am Maskenhalter 42 festzulegen.

Ist die Einrichtung in Betrieb, so erfolgt die Herstellung eines Dünnfilm-Bauelementes 118, wie in Fig. 5 dargestellt, im wesentlichen in der wie folgt beschriebenen Weise. Zunächst wird der

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Betätigungsstößel 104 (bezogen auf die Darstellung in Fig. 1) nach links bewegt, um den Substratträger 14 in die in Fig. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellte Lage zu bringen. Darauf erfolgt Betätigung der Welle 18, um die erste Maske, etwa Maske 40, in die Aufdampfstation unterhalb des Substratträgers 14 zu bringen, wobei sich der Verschluß 22 in der in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage befindet. Anschließend wird der Betätigungsstößel 104 (bezogen auf die Fig. 1) nach rechts zurückgezogen und damit das Substratband 46 auf die Maske 40 abgesenkt, wie durch die Lage der strichpunktierten Linie 116 dargestellt ist. Dann erfolgt auf geeignete Weise wie etwa durch eine Widerstands-Heizwendel 120 Aufheizung der Dampfquelle 16a. Wenn die Temperatur der Dampfquelle, die irgendein Metall wie etwa Gold oder Aluminium enthalten kann, eine für die besondere Dampfrate des aufzudampfenden Metalls geeignete Temperatur erreicht hat, wird der Verschluß 22 aus seiner Stellung zwischen der Dampfquelle 16a und der Aufdampfstation in die in Fig. 1 strichpunktierte Lage gebracht. Ist eine Schicht 122 (Fig. 5) einer Source-Drain-Elektrodenanordnung etwa aus Gold in der gewünschten Dicke aufgedampft, so werden der Verschluß 22 in seine Stellung zwischen die Dampfquelle 16a und die Aufdampfstation zurückgebracht und die Heizwendel abgeschaltet.

Danach werden der Substratträger 14 angehoben, die folgende Maske durch Drehbewegung des Maskenträgers 12 an die Stelle der Maske 40 gebracht und anschließend die oben beschriebenen Vorgänge wiederholt, wobei eine andere Dampfquelle 16b, 16c oder 16d Dampf erzeugt. Auf diese Weise erfolgen die einzelnen Aufdampfschritte der Reihe nach, bis ein vollständiges Dünnfilm-Bauelement erstellt ist.

Geht man mehr in die Einzelheiten, so weist ein derartiges, etwa als Halbleiter ausgebildetes Dünnfilm-Bauelement 118 wie in Fig. 5 gezeigt, ein flexibles Substratband 76, eine Source-Elektrode 122 und eine Drain-Elektrode 124 jeweils mit Anschlußleiter 126 und 128, eine Isolationsschicht 130, eine Schicht aus Halbleitermaterial 132 und eine Gate-Elektrode 134 auf.

Das flexible Substratband 76 kann aus einem beliebigen flexiblen

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Material bestehen wie zum Beispiel aus Papier, Polytähylen, Terephthalate im Handel unter dem Warenzeichen Mylar geführt, Ester und Äther der Zellulose wie Äthylzellulose, Zelluloseazetat, Zellulosenitrat, regenerierter Zellulose wie Zellglas (Cellophan (R)), Polyvinylchlorid, Polyvinylchloridacetat, Polyvinylidenchlorid, im Handel unter dem Warenzeichen Saran geführt, Nylonfilm, Polyimid- und Polyamidimid-Filmen, Polytetrafluoräthylen, im Handel unter dem Warenzeichen Teflon erhältlich, Polytrifluormonochloräthylen, im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen KeI F, sowie aus flexiblen Bändern und Folien aus den Metallen Nickel, Aluminium, Kupfer, Zinn, Tantal, Legierungen dieser Metalle oder auch aus Eisenlegierungen wie etwa aus Edelstahlstreifen.

Als Papier kann irgendeine Sorte mit beliebiger Oberflächenbeschaffenheit, entweder mit rauher oder glatter Oberfläche, benutzt werden, beispielsweise holzfreies Papier, .Zellulosepapier (Holzpapier) , Alphacellulosepapier, Packpapier o. dgl. Beispielsweise wurden Halbleiterelemente nach dieser Erfindung auf Spielkarten, Brief- und Zeitungspapier als Substrat hergestellt.

Der in der Beschreibung des Substrates benutzte Ausdruck "flexibel" soll ein Material bezeichnen, das sich um einen Dorn mit einem Durchmesser von maximal 2,5 cm und vorzugsweise in der Größenordnung von 3 mm herumwickeln läßt. Unter Verwendung derartig flexibler Substrate hat man Feldeffekttransistoren (FET) der in Fig. 5 dargestellten Type auf Krümmungsradien kleiner als 1,5 mm gebogen, ohne daß eine Verschlechterung der Arbeitskennlinien auftrat.

Wieder bezogen auf Fig. 5 sind die Source-Elektrode 122 und die Drain-Elektrode 124 auf dem flexiblen Substrat 76 im Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand zwischen diesen beiden Elektroden ist nicht kritisch und hängt von den gewünschten Eigenschaften ab. Die Source-Elektrode 122 und die Drain-Elektrode 124 können aus einem beliebigen, geeigneten elektrisch leitenden Metall, wie etwa aus Gold, Silber, Aluminium und Nickel oder Verbindungen dieser Metalle bestehen. Sie sollten eine für ihre Aufgabe als ohm·ehe

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Kontakte geeignete Stärke aufweisen. Eine Stärke von 8O S - 3000 8 und vorzugsweise von 100 A - 300 A wurde als zufriedenstellend ermittelt.

Die Isolationsschicht 130 steht in Verbindung mit der Source-Elektrode 122 und der Drain-Elektrode 124 und erstreckt sichzwischen ihnen. Vorzugsweise ragt die Isolationsschicht 130 zum Teil über die Elektroden 122 und 124 hinaus.

Das Material der Isolierschicht 130 k"..nn ein anorganisches Isoliermaterial wie Siliziummonoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, CaI-ciumfluorid, Magnesiumfluorid oder ein polymerisierbares organisches Material wie Polymere des Hexachlorbutadien, Divinylbenzol, Arylsulfon, fluorierte Alkenyle (beispielsweise Polytetrafluoräthylen) oder Para-Xylol sein.

Die Isolationsschicht 130 soll so dünn wie möglich sein, so daß eine Modulation des das Bauelement durchfließenden Stroms bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannung erfolgen kann. Jedoch muß die Isolationsschicht als ausreichender elektrischer Isolator dienen können. Eine Schichtstärke von 100 8 zeigte gelegentlich Feinlunker, die das elektrische Isolierverhalten der Schicht ungünstig beeinflussen. Eine Stärke von etwa 3OO 8 scheint das Miniuum darzustellen, um das Auftreten von Feinlunkern auszuschließen, während eine Stärke von 1000 8 offenbar den optimalen Kompromiß im Hinblick auf eine lunkerfreie Isolierlage einerseits und eine niedrigere Spannungsaussteuerung andererseits bildet. Bei Anstieg der Arbeitsspannung auf 100 V ist eine Stärke von etwa 30OO 8 notwendig, während bei einer Arbeitsspannung von 2OO V eine Stärke von etwa 5000 8 - 6000 8 benötigt wird. Die Isolationsschicht 130 kann aus einem Einkristall bestehen oder auch polykristalline oder amorphe Struktur aufweisen.

Die Dicke der Halbleiterschicht 132 kann zwischen einer durchschnittlichen Stärke von 40 8 und mehreren Tausend 8 für Materialien mit größerem Bandabstand wie Cadmiumsulfid und Cadmiumselenid betragen. Sie kann aus einem Halbleitermaterial wie Tellurcadmium-

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sulfid, Cadmiumselenid, Silizium, Indiumarsenid, Galliumarsenid, Zinnoxid oder Bleitellurid bestehen.

Die Halbleiterschicht 132 muß die Isolierschicht 130 nicht vollständig überdecken und sich von der Source-Elektrode 122 bis zur Drain-Elektrode 124 erstrecken, sie soll lediglich die Gate-Elektrode 134 von der Isolierschicht 130 trennen.

Die Gate-Elektrode 134 liegt auf der Isolationsschicht 132 zwischen der Source-Elektrode 122 und der Drain-Elektrode 124. Als Material für die Gate-Elektrode 134 kommt ein elektrisch gut leitendes Metall wie Aluminium, Kupfer, Zinn, Silber, Gold oder Platin in Frage. Um eine ausreichende Leitfähigkeit der Gate-Elektrode 134 sicherzustellen, sollte die Schichtstärke 300 8 - 1000 8 und vorzugsweise 500 A* - 1000 8 betragen.

Feldeffekttransistoren der in Fig. 5 dargestellten Type haben stabile Arbeitscharakteristiken und wurden bis hinauf zu Frequenzen von 60 MHz betrieben. Derartige Transistoren waren weit über 1000 Stunden ohne irgenwelche wesentlichen meßbaren Änderungen ihrer Eigenschaften in Betrieb.

Die Halbleiter nach dieser Erfindung können in allen Anwendungsfällen, in denen keine hohenLeistungen, sehr hohe Frequenzen oder hohe Temperaturen auftreten, eingesetzt werden. Sie wurden benutzt in Kaskadenverstärkern, Abwärtswandlern und Oszillatorschaltungen.

Bei Halbleitern der in Fig. 5 dargestellten Type wurden folgende Leistungsdaten ermittelt:

Steilheit: etwa 6000 uS bei etwa 4 mA Drainstrom Betriebstemperatur: bis zu 150° C Umgebungstemperatur

max. Source-Drain-

Spannung: über 2OO V

Die Einleitung verschiedener Bewegungen einschließlich der der

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Welle 90, des Betätigungsstößels 104 und der Welle 18 kann entweder manuell oder automatisch erfolgen. Die Welle 18, die Welle 90 und der Betätigungsstößel 104 haben extern, also außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Steuervorrichtungen, die in herkömmlicher Weise wie durch Anwendung von Magnetfeldern funktionsmäßig mit den Teilen innerhalb der Vakuumkammer verbunden sind. Ist das System für einen Automatikbetrieb ausgelegt, so können die Steuereinrichtungen von einer Magnetbandeinheit oder einem Rechner angesteuert werden.

Das Material der verschiedenen Dampfquellen 16a, 16b, 16c und 16d entspricht den Materialien, aus denen im einzelnen einmal die Lage der Source-Elektrode 122 und der Drain-Elektrode 124, zum anderen die Isolationsschicht 130, weiter die Halbleiterschicht 132 und schließlich die Gate-Elektrode 134 bestehen.

Ein anderes die Einleitung der Drehbewegung des Maskenträgers 12 und des Verschlusses 22 betreffendes Ausführungsbeispiel weist elektrische Einrichtungen auf und ist in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellt. Der Maskenträger 12 ist mit einer Mehrzahl im Abstand angeordneter Nuten versehen, etwa in der Form der in Fig. 6 in einem Sektor 12a des Maskenträgers dargestellten Einzelnut 136. Die Anzahl der Nuten 136 stimmt mit der der Masken 42 überein. Obwohl übrigens die im Beispiel dargestellte Nut 136 als am Rand des Maskenträgers angeordnet dargestellt und beschrieben ist, können die Nuten auch in Form von öffnungen oder Bohrungen an anderen Stellen des Maskenträgers angeordnet sein.

Fig. 7 zeigt eine Nut 136 in Verbindung mit einer Einrichtung zur Fotoabtastung, etwa mit einem Paar Fotozellen 138 und 140, und mit einer Beleuchtungseinrichtung etwa aus einer Lampe 142 und einer Sammellinse 144. Die Lamne 142 ist unterhalb des Maskenträgers 12 angeordnet und richtet einen Lichtstrahl 146 auf die Bewegungsspur der verschiedenen Nuten 136. Wenn sich eine Nut 136 durch den Lichtstrahl 146 bewegt, sprechen die Fotozellen 138 und 140 an" und bringen den Maskenträger zum Halten.

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BAD ORKSfNAt

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Im einzelnen sind die Fotozellen 138 und 140 derart angeordnet, daß ihre Mittenachsen einen der Breite (w) der Nut 136 entsprechenden Abstand (w) aufweisen. Bewegt sich die Nut 136 in den Lichtstrahl 146 hinein, wird zunächst eine der Fotozellen 138 und 140, die Reihenfolge hängt von der Drehrichtung des Maskenträgers ab, angestrahlt. Anschließend wird auch die zweite Fotozelle vom Lichtstrahl beleuchtet, wobei bei dieser die Intensität des Lichtes zunimmt und gleichzeitig die der ersten Fotozelle geringer wird. In dem Augenblick, in dem die durch den Lichtstrahl hervorgerufene Beleuchtungsstärke der beiden Fotozellen 138 und 140 übereinstimmt, wird der Maskenträger stillgesetzt, der sich damit in der Grundausrichtung für den entsprechenden Schritt des Auflegens der Maske auf das Substrat befindet.

Wie Fig. 8 zeigt, werden zwei Signale V₁ und V₂ der Fotozellen und 140 einem Differenzverstärker 148 zugeführt. Solange die Fotozellen 138 und 140 unterschiedlich vom Lichtstrahl 146 angestrahlt werden, weichen die Signale V₁ und V₂ voneinander ab und der Verstärker 148 weist an seinem Ausgang ein Signal V₁-V₂ (entsprechend der Differenz der Ausgangsspannungen der beiden Fotozellen) auf, das dem zweiten Verstärker 150 zugeführt wird, der als Leistungsverstärker einen Servomotor 152 mit Spannung versorgt, wenn ein Schalter 154 geschlossen ist. Der Servomotor 152 treibt über die Welle 24 (Fig. 8) den Maskenträger 12 (Fig. 1) an. Wenn der Maskenträger 12 zur Einleitung eines die folgende Maske der Aufdampfstation zuführenden Schrittes in Drehbewegung versetzt werden soll, wird der Schalter 154 in eine andere Stellung umgelegt, in der er dem Servomotor 152 ein Startsignal V_ zum erneuten Anlauf zuführt. Wenn sich darauf der Maskenträger 12 bewegt, wandert die Nut 136 aus dem Bereich des Lichtstrahles 146 heraus. Darauf wird der Schalter 154 wieder in die ursprüngliche Stellung, in der er den Servomotor mit dem Verstärker 150 verbindet, zurückgeschaltet, so daß daraufhin der Motor so lange weiterläuft, bis eine andere Nut 136 die oben beschriebenen Vorgänge auslöst. Es ist offensichtlich, daß der Schalter 154 entweder manuell oder automatisch betrieben werden kann, wobei seine Betätigung bei angehobenem Substratträger erfolgt.

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Obschon die Erfindung besonders mit Bezug auf die in der Zeichnung im einzelnen dargestellten mechanischen Einrichtungen beschrieben
ist, kann sie auch durch andere gleichartige oder ähnliche mechanische Einrichtungen verwirklicht werden.

Der Maskenträger 12 ist zwar in der Zeichnung als Drehtisch dargestellt, doch können die Masken 36, 38, 4O und 42 auch an einem linear hin und her bewegbaren Tisch oder einem Träger befestigt
sein, dessen Vor- und Rückwärtsbewegung durch eine Kurbelstange
und eine von dem Malteserkreuzgetriebe 26 angetriebene Kurbelwelle eingeleitet wird. Ebenso können die Heizwendeln durch eine Elektronenstrahleinrichtung ersetzt werden.

Patentansprüche
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Claims (17)

1. Patentansprüche ;

   Anordnung zur Herstellung elektronischer Bauelemente auf einem Substrat durch Aufdampfen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl in einer Reihe angeordneter, nacheinander einer Aufdampfstation zuführbarer Masken (34, 36, 38, 40), eine Einrichtung mit Rahmen zur Aufnahme der einzelnen Masken (34, 36, 38, 40) und zu deren aufeinanderfolgender Verschiebung zu der Aufdampfstation hin bzw. von dieser weg, eine Einrichtung mit einem Gehäuse zur Speicherung eines Vorrates an Substratmaterial, wobei das Gehäuse eine von der Aufdampfstation entfernte Substratauf nahmef lache (56) aufweist, eine Einrichtung zur Halterung einer Quelle (16) für durch die Masken (34, 36, 38, 40) auf das Substrat aufzudampfendes Material, wobei die Quelle (16) sich auf der dem Gehäuse abgewandten Seite der Maske (34, 36, 38, 40) befindet, eine zwischen der Quelle (16) und den Rahmen angeordnete Verschlußeinrichtung, eine Einrichtung zur Ausrichtung des Substratmaterials im Verhältnis zu der Aufdampfstation und zur Fortbewegung aus dieser Lage, eine Einrichtung zur genauen Ausrichtung der Maske (34, 36, 38, 40) und des Substratmaterials, eine Einrichtung zur Bewegung des Gehäuses und/oder Rahmens (34, 36, 38, 40) aufeinander zu und voneinander weg, die/in einer Vakuumkammer angeordnet sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit Rahmen ein drehbares Rad aufweist.
3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratmaterial zwischen der Substrataufnahmeflache (56) und der Maske (34, 36, 38, 40) an der Aufdampfstation angeordnet ist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur genauen Ausrichtung der Maske (34, 36, 38, 4O) und des Substratmaterials eine Einrichtung mit Führungsstiften und eine Einrichtung mit Öffnungen zur Aufnahme der Führungsstifte aufweist.

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   BAD ORIGINAL

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5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bewegung des Gehäuses einen Hebel aufweist, an dem das Gehäuse schwenkbar gelagert ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel oberhalb der Aufdampfstation gabelförmig ausgebildete Endbereiche aufweist, zwischen denen das Gehäuse schwenkbar gelagert angeordnet ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf jeder Seitenfläche einen Zapfen (92, 94) aufv/eist,
   der über die Seitenfläche hinausragt und jeweils in einer Nut (112) der gabelförmig ausgebildeten Endbereiche für die Aufnahme der Zapfen (92, 94) gelagert ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gabelförmigen Endbereiche auf der Oberseite tragende Flächen und die Zapfen (92, 94) auf den Flächen aufliegende Schneiden aufweisen.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
   tragenden Flächen der Endbereiche für eine begrenzte Gleitbewegung der Zapfen (92, 94) geeignet ausgebildete Nuten (112)
   aufweisen.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einrichtung mit Führungsstiften ausgehend
    von der Substrataufnahmefläche (56) in Abwärtsrichtung erstreckt, wobei die Einrichtung mit Öffnungen zur Aufnahme der Führungsstifte in dem Rahmen angeordnet ist.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
    Einrichtung mit Führungsstiften auf gegenüberliegenden Seiten der Substrataufnahmefläche (56) je einen Ausrichtstift (52,
    54) und die Einrichtung mit Öffnungen auf jeder Seite der
    Maske eine Öffnung aufweist.

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    2H6985
12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Ausrichtstifte (52, 54) in einer vertikalen Ebene durch die Achsen der Zapfen (92, 94) angeordnet sind.
13. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschluß (22) der Verschlußeinrichtung zur Durchführung einer aussetzenden Bewegung von einer ersten Stellung, die nach der Aufdampfstation und der Quelle (16) ausgerichtet ist, in eine zweite Stellung außerhalb dieser Ausrichtung und zurückbewegbar angeordnet ist und daß die Einrichtung zur aufeinanderfolgenden Verschiebung der einzelnen Masken (34, 36, 38, 40) zu der Aufdampfstation hin bzw. von dieser weg wirkungsmäßig mit dem Verschluß zu seiner Anordnung in der ersten Stellung während einer Maskenbewegung und in der zweiten Stellung, während sich eine Makse in der Aufdampfstation befindet, verbunden ist.
14. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 2-13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Antrieb des drehbaren Rades einen Servomotor (152) und eine mit dem Servomotor wirkungsmäßig in Verbindung stehende Einrichtung zur Fotoabtastung, die mit einer Lichtquelle (142, 144) vereint ist, aufweist, daß das Rad zwischen der Einrichtung zur Fotoabtastung und der Lichtquelle (142, 144) angeordnet ist, daß Einrichtungen mit Öffnungen zum Durchtritt eines Lichtstrahls (146) von der Lichtquelle zur Einrichtung zur Fotoabtastung vorgesehen sind und daß die Anzahl der Einrichtungen mit öffnungen mit der Zahl der Masken (34, 36, 38, 40) übereinstimmt, wobei jede der einzelnen Masken (34, 36, 38, 40) an dem Rad in eine Grundausrichtung mit dem Substratmaterial an der Aufdampfstation gebracht ist, wenn der Lichtstrahl (146) die Einrichtung zur Fotoabtastung in Tätigkeit setzt.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Fotoabtastung zwei Fotozellen (138, 140) mit einem der Breite (w) der Durchtrittsöffnungen für den Lichtstrahl (146) der Lichtquelle (142, 144) übereinstimmenden

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    Mittenabstand und eine Einrichtung mit einem Differenzverstärker (148) zwischen den Fotozellen (138, 140) und dem Servomotor (152), die dem Servomotor ein Differenzsignal zuführt, aufweist, wobei der Motor bei unterschiedlicher Ausleuchtung der beiden Fotozellen (138, 140) das Rad mit den Masken bis zur Erreichung gleicher Ausleuchtung antreibt.
16. 16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem flexiblen Material besteht »
17. 17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekenn-

    " zeichnet, daß das Substrat aus einem starren Material besteht.

    KN/hs 3

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