DE2304933A1 - Verfahren zur automatischen kontrolle und regelung von aetzmaschinen - Google Patents
Verfahren zur automatischen kontrolle und regelung von aetzmaschinenInfo
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
- C23F1/08—Apparatus, e.g. for photomechanical printing surfaces
Description
Verfahren zur automatischen Kontrolle und Regelung von A'tzmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Kontrolle
und Regelung von Ätzmaschinen, bei dem ein metallischer Meßdraht
durch eine kontinuierlich und im Kreislauf mit der Ätzmaschine mit Ätzlösung versorgte Meßzelle transportiert wird} die Einwirkung
der Ätzlösung auf den Keßdraht gemessen wird und die Meßergebnisse zur Kontrolle und Regelung des Ätzprozesses herangezogen
werden und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Im Verlauf der Ätzung von Metallen, beispielsweise bei der
Herstellung von Mehrlagenverdrahtungen oder Formätzteilen, läßt die Ätzkraft der Ätzlösung ständig nach, sofern sie nicht in
einem kontinuierlichen Prozeß regeneriert wird. Erhöhte Anforderungen an die Qualität der zu ätzenden Gegenstände und
die Automatisierung der Ätzprozesse machen es daher erforderlich, die Verweilzeit der Gegenstände in der Ätzmaschine mit der Ätzkraft
der Ätzlösung genau abzustimmen.
Es sind bereits mehrere Verfahren und Vorrichtungen zur Kontrolle und Steuerung der Ätztiefe bekannt geworden. So wird in der
US-Patentschrift 3 503 817 vorgeschlagen, in einem Testbad,
das mit dem Ätzbad in Verbindung steht, den Grad der Auflösung eines Metalls anzuzeigen, um damit den Ätzfortschritt
im Ätzbad zu kontrollieren.
In der OS 1 521 706 wird andererseits ein Verfahren beschrieben, bei dem der Ätzfortschritt an den durch eine Sprühätzvorrichtung
laufenden Gegenständen an einem oder mehreren Meßpunkten durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit oder auf optischem \'.reg
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festgestellt und die Transportgeschwindigkeit entsprechend eingestellt
wird.
In der US-Patentschrift 3 032 753 wird eine Methode zur Kontrolle
der Ätztiefe angegeben, bei der während des Ätzprozesses verschieden dicke Metallstreifen in die Ätzflüssigkeit getaucht
werden. Jeder Metallstreifen ist über zwei isolierte elektrische Zuleitungen mit einem Signalgeber und einer Spannungsquelle
in Serie geschaltet. Während, des Ätzprozesses werden die Metallstreifen
nacheinander beginnend mit dem dünnsten durchgeätzt. Sobald ein Metallstreifen durchgeätzt ist, wird der zugeordnete
Stromkreis unterbrochen und ein Signal abgegeben. Aus den Signalen kann auf die erreichte Ätztiefe geschlossen werden.
In der Literaturstelle "IBM Technical Disclosure Bulletin", Juni 1970, Vol. 13, Nr. 1, Seite 68 wird ein Verfahren beschrieben,
bei dem während des Ätzprozesses in den zu ätzenden Gegenstand ein Kontrolloch geätzt wird. Das Durchätzen des
Loches wird auf optischem Weg mit Hilfe von Fotozellen angezeigt und die Zeit bis zum Durchätzen des Loches wird als Maß
für die Zeit bis zum Fertigätzen des Gegenstandes herangezogen.
In dem DBGM 71 47 646 wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der
Ätzkraft von Ätzlösungen vorgeschlagen, bei der ein metallischer Draht außerhalb der Ätzmaschine in die Ätzlösung taucht und
nach dem Durchätzen eine mechanisch mit dem Draht gekoppelte Zeitmeßvorrichtung betätigt, die die Zeitspanne zwischen dem
Eintauchen und dem Durchätzen mißt.
Ferner wird in der OS 1 521 798 ein Verfahren beschrieben, wobei ein leitender Meßdraht mit konstanter Geschwindigkeit durch die
Ätzlösung transportiert wird und die Widerstandsänderung oder Querschnittsänderung des Drahtes ständig gemessen wird und die
Meßergebnisse rückwirkend zur Kontrolle und Steuerung des Prozesses herangezogen werden.
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Die erwähnten bekannten Verfahren haben in die Praxis kaum
Eingang gefunden, da sie meist sehr ungenau sind und sich nur mit erheblichem apparativem Aufwand verwirklichen lassen«.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ätzkraft beliebiger Ätzlösungen mit apparativ einfachen Mitteln genau
und zuverlässig zu messen und mit Hilfe der Meßergebnisse die Verweilzeit der zu ätzenden Gegenstände in der Ätzmaschine zu
kontrollieren und zu regeln.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vor, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß der Meßdraht in einem ersten Schritt rasch in die Meßzelle geschoben und dann angehalten wird, die Ätzzeit bis zum Abätzen
des Drahtendes während der der Meßdraht in Ruhe bleibt, gemessen wird und der Meßdraht dann in weiteren gleichen Schritten, die
jeweils den nächsten Meßvorgang einleiten, wieder rasch in die Meßzelle vorgeschoben und erneut angehalten wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei jedem Meßvorgang durch den in
die Meßzelle vorgeschobenen Meßdraht eine Lichtschranke unterbrochen und nach dem Fallen des abgeätzten Drahtendes wieder
freigegeben wird, durch die entsprechenden Signale der Lichtschranke ein Schrittschaltwerk ein- bzw. wieder ausgeschaltet
wird und über einen an den einzelnen Kontakten des Schrittschaltwerkes angeschlossenen Spannungsteiler die Ätzkraft der
Ätzlösung als ein der Ätzzeit proportionales, analoges Signal ermittelt wird.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei jedem Meßvorgang der durch
die Meßzelle hindurchgeschobene Meßdraht in eine Elektrolytlösung taucht und über die elektrisch leitende Verbindung
zwischen Meßdrahtzuführung und Elektrolytlösung ein Schritt-
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schaltwerk eingeschaltet wird, nach dem Fallen des abgeätzten
Drahtendes die elektrisch leitende Verbindung wieder unterbrochen wird und über einen an den einzelnen Kontakten des
SchrittSchaltwerkes angeschlossenen Spannungsteiler die Ätzkraft
zur Ätzlösung als ein der Ätzzeit proportionales analoges Signal ermittelt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist gekennzeichnet durch ein in die Ätzzuleitung einer Ätzmaschine einfügbares Rohr, einen durch dieses Rohr hindurchgeführten
Meßdraht und eine von oben her in das Rohr einmündende Kapillare, in der die Zuleitung des Meßdrahtes geführt ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Vorrichtung ist an der Unterseite des Rohres eine Lichtschranke angebracht, die
während der Ätzzeit von dem Ende des Meßdrahtes unterbrochen wird.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung dieser Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdrahtzuführung über Leit-
und Kontaktrollen erfolgt, an der Unterseite des Rohres ein mit Elektrolytlösung gefüllter Behälter angebracht ist und das in
die Elektrolytlösung eintauchende Endes des Meßdrahtes während der Dauer der Ätzzeit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen
der Elektrolytlösung und den Leit- und Kontaktrollen herstellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung wird dadurch erreicht, daß das Rohr in Flußrichtung der Ätzlösung gesehen
ab der Kreuzungsstelle des Meßdrahtes erweitert ist, derart, daß der nach dem bekannten Prinzip der Wasserstrahlpumpe entstehende
Unterdruck eine Abdichtung der Kreuzungsstelle bewirkt.
Vorzugsweise wird die Lichtschranke aus einer Lichtquelle, einem an der Durchgangsstelle des Meßdrahtes unterbrochenem
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Glasstab und einer Fotozelle zusammengesetzt.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der
Zeichnungen hervor.
Es zeigt:
Figur 1 und 2 zwei senkrecht zueinander stehende Schnitte
einer Vorrichtung zur Ermittlung der Ätzkraft von
Ätzlösungen,
einer Vorrichtung zur Ermittlung der Ätzkraft von
Ätzlösungen,
Figur 3 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ermittlung der Ätzkraft von Ätzlösungen,
Figur 4 eine Anordnung zur Ermittlung der Ätzkraft als analoges Signal.
In den Figuren 1 und 2 erkennt man ein in die Ätzzuleitung einer Ätzmaschine einfügbares Rohr 1, einen durch dieses Rohr 1 hindurchgeführten
Meßdraht 2 und eine von oben her in das Rohr 1 einmündende Glaskapillare 3>
in der die Zuleitung des Meßdrahtes 2 geführt ist. An der Unterseite des Rohres 1 ist eine Lichtschranke
angebracht, die aus einer GaAs-Lumineszenzdiode 5,
einem an der Durchgangsstelle des Meßdrahtes 2· unterbrochenem · Glasstab 4 und einem Fototransistor 6 zusammengesetzt ist.
einem an der Durchgangsstelle des Meßdrahtes 2· unterbrochenem · Glasstab 4 und einem Fototransistor 6 zusammengesetzt ist.
Beim Messen der Ätzkraft der kontinuierlich durch das Rohr 1
fließenden Ätzlösung wird bei jedem Meßvorgang der Meßdraht 2 rasch vorgeschoben und angehalten, sobald er die Lichtschranke unterbricht. Mit dem Fallen des abgeätzten Drahtendes wird die Lichtschranke wieder freigegeben, so daß die Signale "Draht
vorhanden" und "Draht fehlt" des Fototransistors 6 den Beginn und das Ende der Ätzzeit bis zum Abätzen des Meßdrahtes 2
definieren.
fließenden Ätzlösung wird bei jedem Meßvorgang der Meßdraht 2 rasch vorgeschoben und angehalten, sobald er die Lichtschranke unterbricht. Mit dem Fallen des abgeätzten Drahtendes wird die Lichtschranke wieder freigegeben, so daß die Signale "Draht
vorhanden" und "Draht fehlt" des Fototransistors 6 den Beginn und das Ende der Ätzzeit bis zum Abätzen des Meßdrahtes 2
definieren.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind die Teile 1, 2
und 3 wieder gleich aufgebaut. Die Zuleitung des Meßdrahtes 2 erfolgt jedoch über Leit- und Kontaktrollen 7 und das Drahtende
taucht in einen mit. Ätzlösung 8 gefüllten Behälter 9. Mit den
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Leit- und Kontaktrollen 7 bzw. mit der Ätzlösung 8 sind Anschlußklemmen
10 und 11 elektrisch leitend verbunden, so daß zwischen diesen Anschlußklemmen 10 und· 11 während der Dauer
der Ätzzeit über den Meßdraht 2 eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird.
Figur 4 zeigt eine Anordnung zur Ermittlung der Ätzkraft als analoges Signal. Man erkennt ein Schrittschaltwerk 12, das
während der Dauer der Ätzzeit, während also zum Beispiel die Lichtschranke unterbrochen ist, an einer impulsgetasteten Versorgungsspannung
mit geringer Impulsfolgefrequenz, z.B. von
1 bis 2 Hz, liegt und während dieser Zeitdauer in Pfeilrichtung
fortgeschaltet wird. Die einzelnen Kontakte des Schrittschaltwerkes 12 sind nun so an einen aus den Einzelwiderständen
15 zusammengesetzten Spannungsteiler angeschlossen, daß sich an den Klemmen 13 und 14 eine Spannung U1 ergibt, die eine Funktion
der Ätzzeit abhängig von den Einzelwiderständen 15 und proportional der an den Klemmen 16 und 17 angelegten Spannung UQ ist. Die
Spannung ü\ ist somit ein Maß für die Ätzkraft der Ätzlösung.
Für das Beispiel einer Ätzmaschine, deren Vorschubgeschwindigkeit über einen Tachogenerator angezeigt und über einen verstellbaren
Widerstand R geregelt wird, läßt sich die automatische Kontrolle und Regelung auf einfache Weise verwirklichen.
Durch entsprechende Wahl der Spannung UQ wird erreicht, daß die
Spannung U. gleich groß wie die vom Tachogenerator gelieferte
Spannung Up sein muß, wenn der Vorschub der Ätzmaschine mit der
Ätzkraft der Ätzlösung abgestimmt ist. Beim Regelvorgang werden die Spannungen U. und Up miteinander verglichen und bei einer
auftretenden Differenz der Widerstand R über einen Stellmotor verstellt, bis beide Spannungen gleich groß sind und damit die
Vorschubgeschwindigkeit der Ätzmaschine der Ätzkraft der Ätzlösung angepaßt ist.
Der gesamte Regel- und Kontrollzyklus läßt sich anhand ein-VPA 9/730/2011 4098 32/0 933 "7~
fächer Verfahrensschritte darstellen, wobei die Schrittfolge
durch ein Programmschaltwerk bestimmt wird.
1. Vorschub des Meßdrahtes
2. Signal "Draht vorhanden"; Beginn der Ätzzeit und Ende des Drahtvorschubes
3. Signal "Draht fehlt" nach Fallen des abgeätzten Drahtes; Ende der Ätzzeit
4. Vergleich des Ätzzeitsignals U1 mit dem Signal für den
Vorschub der Ätzmaschine Up
5. Nachstellen der Vorschubgeschwindigkeit der Ätzmaschine bis zur Gleichheit der Signale
6. Beginn des nächsten Kontroll- und Regelzyklus mit erneutem Vorschub des Meßdrahtes.
8 Patentansprüche
4 Figuren
4 Figuren
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Claims (8)
1. Verfahren zur automatischen Kontrolle und Regelung von Ätzmaschinen,
bei dem ein metallischer Meßdraht durch eine kontinuierlich und im Kreislauf mit der Ätzmaschine mit Ätzlösung
versorgte Meßzelle transportiert wird, die Einwirkung der Ätzlösung auf den Meßdraht gemessen wird und die Meßergebnisse
zur Kontrolle und Regelung des Ätzprozesses herangezogen werden, dadurch gekennzeichnet ,
daß der Meßdraht in einem ersten Schritt rasch in die Meßzelle geschoben und dann angehalten wird, die Ätzzeit bis
zum Abätzen des Drahtendes während der der Meßdraht in Ruhe bleibt gemessen wird und der Meßdraht dann in weiteren
gleichen Schritten, die jeweils den nächsten Meßvorgang einleiten, wieder rasch in die Meßzelle vorgeschoben und erneut
angehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß bei jedem Meßvorgang durch den in die Meßzelle vorgeschobenen Meßdraht eine Lichtschranke unterbrochen
und nach dein Fallen des abgeätzten Drahtendes wieder freigegeben wird, durch die entsprechenden Signale der Lichtschranke
ein Schrittschaltwerk ein- bzw. wieder ausgeschaltet
wird und über einen an den einzelnen Kontakten des Schrittschaltwerkes angeschlossenen Spannungsteiler die Ätzkraft
der Ätzlösung al.? ein der Ätzzeit proportionales analoges Signal ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß bei jedem Meßvorgang der durch die Meßzelle hindurchgeschobene Meßdraht in eine Elektrolytlösung taucht
und über die elektrisch leitende Verbindung zwischen Meßdrahtzufülirung
und Elektrolytlösung ein Schrittschaltwerk eingeschaltet wird, nach dem Fallen des abgeätzten Drahtendes die
elektrisch leitende Verbindung wieder unterbrochen wird und
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über einen an den einzelnen Kontakten des Schrittschaltwerkes angeschlossenen Spannungsteiler die Ätzkraft der
Ätzlösung als ein der Ätzzeit proportionales analoges Signal ermittelt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein
in die Ätzzuleitung einer Ätzmaschine einfügbares Rohr (1), einen durch dieses Rohr (i) hilldurchgeführten Meßdraht (2)
und eine von oben her in das Rohr (1) einmündende Kapillare (3)» in der die Zuleitung des Meßdrahtes (2) geführt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet
, daß an der Unterseite des Rohres (i) eine Lichtschranke (4, 5, 6) angebracht ist, die während der Ätzzeit
von dem Ende des Meßdrahtes (2) unterbrochen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet
, daß die Meßdrahtzuführung über Leit- und Kontaktrollen
(7) erfolgt, an der Unterseite des Rohres (1) ein mit Elektrolytlösung (8) gefüllter Behälter (9) engebracht.
ist und das in die Elektrolytlösung (8) eintauchende Ende des Meßdrahtes (2) während der Dauer der Ätzzeit eine
elektrisch leitende Verbindung zwischen der Elektrolytlösung (8) und den Leit- und Kontaktrollen (7) herstellt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet
, daß das Rohr in Flußrichtung der Ätzlösung gesehen ab der Kreuzungsstelle des Meßdrahtes erweitert ist, derart,
daß der nach dem bekannten Prinzip der Wasserstrahlpumpe entstehende Unterdruck eine Abdichtung der Kreuzungsstelle bewirkt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet
, daß die Lichtschranke aus einer Lichtquelle (5), einem an der Durchgangsstelle des Meßc^ahtes unterbrochenem
Glasstab (4). und einer Fotozelle (6) zusammengesetzt ist.
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VPA 9/730/2011
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Priority Applications (9)
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