DE2149499C3 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrolytischen Abdünnen von metallischen Folien, insbesondere Einkristallscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum clektrolytischen Abdiinnen von metallischen Folien, insbesondere Einkristallscheiben durch beidseitiges Aufsnritzen eines Elektrolytstrahles und gleichzeitiges

Messen der Foliendicke.

Metallische Folien und großflächige, metallische Einkristallscheiben, deren Dickenbereich verhältnismäßig gering ist, der beispielsweise etwa zwischen 1 bis ΙΟΟμίη liegt, werden für verschiedene experimentelle Untersuchungen verwendet Dazu gehören insbesondere Elektrodenbestrahlung, Röntgenstreuung, Untersuchungen auf elektronische Eigenschaften od. dgl. Eine Schwierigkeit bestand bisher jedoch darin, Scheiben oder Folien der vorbezeichneten Art, die eine für den erforderlichen Zweck hohe Dickenhomogenität aufweisen, herzustellen. Bisher benutzte man für diese Untersuchungen rekristallisierte gewalzte Folien. Das hat jedoch den Nachteil, daß man dabei nur auf die Verwendung einiger weniger Metalle und hierbei jeweils nur auf eine einzige kristallographische Orientierung angewiesen war. Außerdem war dabei die Größe der jeweils verwendbaren Fläche sehr begrenzt. Um diese Nachteile zu überwinden, hat man auch schon versucht, Folien oder Einkristallscheiben chemischen oder elektrochemischen Angriffen auszusetzen. Nachteilig ist dabei jedoch, daß damit eine erhebliche Variation der Dicke der Folie oder der Einkristallscheibe verbunden ist. Beide bekannten Maßnahmen haben den weiteren Nachteil, daß sich dabei eine beträchtliche Ausschußrate ergab.

Das Herstellen sehr dünner Flächen an Bauteilen ist auch bei der Produktion spezieller Halbleiterelemente erforderlich. Jedoch kommt es hier auf eine hohe Dikkenhornogenität der zu erzeugenden Flächen nicht an. Aus der GB-PS 8 34 821 und der US-PS 29 13 383 ist es bekannt, durch beidseitiges Aufspritzen eines Elektrolytstrahles auf ein Halbleiterelement eine Vertiefung in der Oberfläche des Halbleiterelements zu erzeugen. Dabei entspricht — in Anlehnung an das bekannte Ätzbohren von metallischen Bauteilen — der Durchmesser des Elektrolytstrahles dem Durchmesser der zu erzeugenden Vertiefung. Die Dicke der Halbleiterelemente wird dabei mittels Infran strahlen gemessen. Mit diesen bekannten Verfahren lassen sich größere Flächen von gleichmäßiger Dicke, wie sie für die angegebenen experimentellen Untersuchungen metallischer Folien und Einkristallscheiben erforderlich sind, nicht erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrolytischen Abdünnen von metallischen Folien und Einkristallscheiben, zu schaffen, durch die die oben genannten Nachteile überwunden werden.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs bezeichneten Verfahren dadurch gelöst, daß die Elektrolytstrahlen auf einen begrenzten, in zeitlicher Reihenfolge veränderten Teil der abzudünnenden Fläche gerichtet werden, wobei die Stromdichte mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der durch 0-Strahlung gemessenen Foliendicke an der abzutragenden Stelle verändert wird. Durch die Begrenzung der Elektrolytstrahlen auf nur einen Teil der abzudünnenden Flächt! und die Einstellung der Stromdichte in unmittelbarem Bezug zu diesem Flächenteil sind die auf der abzudünnenden Fläche bestehenden lokalen Unebenheiten in vorteilhafter Weise individuell abtragbar. Mit Hilfe der /i-Strahlung ist die Dicke der jeweils abzutragenden Stelle mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Während der Bearbeitung ist es sehr zweckmäßig, daß die Folie oder die Einkristallscheibe zwischen den Elektrolytstrahlen in mäanderförmiger Bewegung geführt wird sowie daß zur Veränderung der Stromdichte der Strom

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mittels einer Transistorschaltung mit veränderlicher Öffnungszeit und mit fester Frequenz so vorgegeben wird, daß der die Polierwirkung bestimmende elektrochemische Zustand der Oberfläche der Einkristallscheibe nicht beeinflußt wird, wobei eine konstante Spannung verwendet wird, die abhängig ist von dem Werkstoff der abzudünnenden Einkristallscheibe und der Art des Elektrolyten. Die bei der Durchführung des Vet -ahrens gemäß der Erfindung erzielte rechteckige Form der Impulse des Poliersnroms ermöglicht es, daß die für die Abdünnung und die Polierwirkung optimale Spannung festgehalten wird

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist mit der erforderlichen Genauigkeit durchführbar mittels einer Vorrichtung, bei der beidseitig einer abzudünnenden Folie, insbesondere einer Einkristallscheibe, in gleicher Höhe mit Abstand von der Folie, mit Zuckungen für einen stromdurchflossenen Elektrolyten verbundene Düsen und eine Dickenmeßvorrichtung angeordnet

ist ein erheblicher Vorteil für die Handhabung.

Es zeigte si.cn, daß unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung mittels der Vorrichtung zu dessen Durchführung eine Scheibe eines Kupfereinkristalls mit einer Dicke von 0,6 mm in einer Flächengröße von 25 - 14 mm bis auf eine Dicke von 12 μπι, das heißt mit einer Abweichung < ± 0,5 am abgedünnt werden konnte. Der Elektrolyt bestand dabei aus 50%'iger Phosphorsäure. Die Polierspannung lag bei etwa 40 V.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Wiedergabe der Vorrichtung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung der Vorrichtung gemäß F i g. 1.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird die Einkristallscheibe 1 mittels der Haltevorrichtung 2 in senkrechter Richtung gehalten, wobei die Haltevorrichtung

sind. Die eriindungswesentlichen Merkmale dieser Vor- 20 2 mit den in senkrechter und in waagerechter Richtung

richtung bestehen darin, daß zur Verschiebung der Folie oder Einkristallscheibe in senkrechter und horizontaler Richtung in Grenzen verschiebbare Schlitten vorgesehen sind und in die Düsen Elektroden hineinragen,

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in Grenzen verschiehhdier. Schlitten 3, 4 verbunden ist. Die- Folie oder die Einkristallscheibe 1 ist durch die Bewegung der Schlitten 3. 4 in Längsrichtung und hori zontal zwischen den beiden Düsen 5, 6 sowie zwischen

die über eine Steuerschaltung mit einem senkrecht 25 den senkrecht oberhalb der Düsen 5, 6 angeordneten oberhalb der Düsen angeordneten ^-Strahlen Dicken- Dickenmeßgerät 8,9, 10, 11 verschiebbar. Das Dickenmeßgerät besteht, wie aus der Zeichnung hervorgeht, aus einem innerhalb einer Abschirmung 9 angeordne

ten, ^-Strahlen ausstrahlenden Präparat 10. wobei in

geordnetes,

einen diese Strahlung messenden Detektor aufweist, wobei der j?-Strahler auf der einen und der Detektor auf der anderen Seite der abzudünnenden Folie oder Einkristallscheibe angeordnet ist.

Um zusätzlich störende Einflüsse durch den Elektrolyten bei der Dickenmessung auszuschließen, ist die Kollimatoröffnung mit einer Preßluftzuführung; verbunden und auf der den Detektor zugewandten Seite der

meßgerät elektrisch verbunden sind. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Trennung zwischen dem Ort, an dem die abzuoünnende Foliendicke gemessen

wird, und dem Ort, an dem diese Stelle mittels Elektro- 30 der Abschirmung 9 eine auf die Einkristallscheibe 1 hin lytstrahls bearbeitet wird, ist in vorteilhafter Weise eine gerichtete Kollimatoröffnung Il vorgesehen ist, und störungsfreie und mit hoher Genauigkeit durchführba- einem aul' der gegenüberliegenden Seite der Eir.krire Messung der Foliendicke erreichbar. Dabei hat es Stallscheibe im Strahlengang des ^-Strahlers angeordsieh als vorteilhaft erwiesen, daß das Dickennießgerät netcn Detektor 8, der mit einer in F i g. 2 als Blockein in einer Abschirmung mit Kollimatoröffnung an- 35 schaltbild wiedergegebenen Steuereinrichtung verbun-/?-£trahlen aussendendes Präparat und den ist. Wird die Einkristallscheibe 1 zwischen dem

^-Strahler 10 und dem Detektor 8 verschoben, so wird von dem Detektor 8 eine von der Dicke der Einkristallscheibe 1 abhängige Strahlungsintensität aufgenommen. Die vom Detektor 8 aufgenommene Strahlung wird über einen Verstärker auf eine Speichereinrichtung gegeben, die vorzugsweise als Schieberegister ausgebildet ist. Die Speicherzeit ist dabei abhängig von dem Abstand des Dickenmeßgerätes von den Düsen 5,

Folie oder Einkristallscheibe eine Preßluftzuführung so 45 6 und von der Verschiebegeschwindigkeit der Einkriangeordnet, daß der Preßluftstrahl auf die Durchtritts- staiischeibe in senkrechter Richtung. Nach Abiauf der fläche der ^-Strahlen gerichtet ist. Da die Auftreffflächen der Elektrolytstrahlen und die Auftrefffläche der

^-Strahlen örtlich voneinander getrennt sind, ist es

zweckmäßig, daß zur vorübergehenden Aufnahme des 50 eine der angestrebten Dicke der abzudünnenden Flä-Meßwertes eine den Meßwert speichernde and verzö- ehe entsprechende Referenzspannung eingespeist wird, gernd an eine mit den Elektroden verbundene Transi- Wie aus der F i g. 2 hervorgeht, wird auf den Modulatorschaltung weitergebende Steuereinrichtung vorge- tor außerdem mittels eines Konstanters eine konstante sehen ist. Spannung gegeben, wobei zur Ausblendung der zur

Das Verfahren gemäß der Erfindung und die Vor- 55 Abdünnung vorgesehenen Fläche zwischen Konstanter richtung zur Durchführung dieses Verfahreins haben und Modulator die Schlitten 3, 4 steuernde Vorwahlsich insbesondere beim Abdünnen von metallischen zähler geschaltet sind. Die vom Modulator abgegebe-Einkristallscheiben bewährt. Die auf diese Weise abge- nen Impulse, deren Länge von der lokal unterschiedlidünnten Einkrislallscheiben weisen eine allen Anfcrde- chen Dicke der Einkristallscheibe abhängig ist, werden rungen entsprechende Dickenhomogenität auf. Vorteil- 60 ii. die Düsen 5, 6 hineinragenden Elektroden 12, 13 zuhaft ist auch, daß das Verfahren ermöglicht, eine be- geführt. Zur Verhinderung von Korrosionswirkung bestimmte Abtragsrate für einzelne Flächenteile Vorzüge- stehen die Elektroden 12,13 zweckmäßig aus Platin, ben. Ein weiterer ganz; besonderer Vorzug bei Anwen- Wie in der Zeichnung nicht dargestellt ist, stehen die

dung der Maßnahmen gemäß der Erfindung besteht Düsen 5, 6 mit Zuleitungen für einen Elektrolyten in darin, daß es ermöglicht wird, eine Fläche vorgcgebe- ⁶5 Verbindung. Die Abdünnung der Kristallscheibe erfolgt ner Größe in genauer Begrenzung auf eine Dicke bis zu dadurch, daß der Elektrolyt durch die Düsen 5,6 auf die etwa 1 μπι abzudünnen und dabei um diese Fläche her- ihre Verbindungslinie passierende Oberfläche der Einiim einen sehr viel dickeren Rand stehen zu lassen. Das kristallscheibe 1 gespritzt wird. Dabei wird den Elek-

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Speicherzeit werden die im Schieberegister gespeicherten Signale über einen Differenzverstärker in einen Modulator gegeben, wobei in den Differenzverstärker

troden 12, 13 ein dem jeweiligen Bedarfsfall entsprechender Strom zugeführt. Um zugleich zu erreichen, daß die Abdünnung in Abhängigkeil von den lokal unterschiedlichen, von dem Dickenmeßgerät gemessenen Dicken der Einkristallscheibe 1 erfolgt, wird dieser Strom nach Maßgabe der von dem Differenzverstärker dem Modulator zugeführten Meßwerten verändert. Das geschieht in der Weise, daß in Abhängigkeit von den dem Modulator über den Differenzverstärker zugeführten Meßwerten der von dem Konstanter in den Modulator eingespeiste Strom in rechteckige Impulse umgewandelt wird. Die Länge der Impulse entspricht den dem Modulator eingegebenen Meßwerten. Die Frequenz dieser Impulse muß dabei so sein, daß der zur Veränderung der Stromdichte in den Elektrolytstrahlen Tforder ichc Strom so groß ist. daß der die Polierwirkung bestimmende elektrochemische Zus'.and der Oberfläche der Folie oder der Einkristallscheibe nicht beeinflußt wird. Der Strom wird den Elektroden 12, 13 rrittels einer Transistorschaltung mit veränderlicher Öffnungszeit zugeführt. Die Düsen 5, 6 sowie eine zur Zuführung des Elektrolyten erforderliche, in der Zeichnung nicht dargestellte Pumpe, bestehen zweckmäßig aus einem korrosionsfesten Werkstoff, beispielsweise

ίο aus Polytetrafluorethylen. Es hai: sich gezeigt, daß bei Verwendung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Abdünnung von metallischen Einkristallscheiben routinemäßig und vollautomatisch durchführbar ist. Ein Ausschuß trat dabei nicht auf.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrolytischen Abdünnen von metallischen Folien, insbesondere Einkristallscheiben durch beidseitiges Aufspritzen eines Elektrolytstrahles und gleichzeitiges Messen der Foliendicke, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytstrahlen auf einen begrenzten, in zeitlicher Reihenfolge veränderten Teil der abzudünnenden Fläehe gerichtet werden, wobei die Stromdichte mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der durch ^-Strahlung gemessenen Foliendicke an der abzutragenden Stelle verändert wird.

2. Verfahren nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie oder die Einkristallscheibe zwischen den Elektrolytstrahlen in mäanderförmiger Bewegung geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Stromdichte der Strom mittels einer Transistorschaltung mit veränderlicher Öffnungszeit und mit fester Frequenz so vorgegeben wird, daß der die Polierwirkung bestimmende elektrochemische Zustand der Oberfläche der Einkristallscheibe nicht beeinflußt wird, wobei eine konstante Spannung verwendet wird, die abhängig ist von dem Werkstoff der abzudünnenden Einkristallscheibe und der Art des Elektrolyten.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der beidseitig einer abzudünnenden Folie, insbesondere einer Einkristallscheibe, in gleicher Höhe mit Abstand von der Folie, mit Zuleitungen für einen stromdurchflossenen Elektrolyten verbundene Düsen und eine Dickenmeßvorrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung der Folie oder Einkristallscheibe (1) in senkrechter und horizontaler Richtung in Grenzen verschiebbare Schlitten (3, 4) vorgesehen sind, und in die Düsen (5,6) Elektroden (12, 13) hineinragen, die über eine Steuerschaltung mit einem senkrecht oberhalb der Düsen angeordneten /J-Strahlendickenmeßgerät (8, 9, 10, 11) elektrisch verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenmeßgerät ein in einer Abschirmung (9) mit Kollimatoröffnung (U) angeordnetes, ^-Strahlen aussendendes Präparat (10) und einen diese Strahlung messenden Detektor (8) aufweist, wobei der 0-Strahler (10) auf der einen und der Detektor (8) auf der anderen Seite der abzudünnenden Folie oder Einkristallscheibe (1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollimatoröffnung (11) mit einer Preßluftzuführung verbunden und auf der dem Detektor (8) zugewandten Seite der Folie oder Einkristallscheibe (1) eine Preßluftzuführung so angeordnet ist, daß der Preßluftstrahl auf die Durchtrittsfläche der 0-Strahlen gerichtet ist.