DE2614775A1

DE2614775A1 - Verfahren zur herstellung eines aufgedampften dehnungsmesstreifens

Info

Publication number: DE2614775A1
Application number: DE19762614775
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Dr Ort
Original assignee: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH
Current assignee: Hottinger Bruel and Kjaer GmbH
Priority date: 1976-04-06
Filing date: 1976-04-06
Publication date: 1977-10-13

Description

Verfahren zur Herstellung eines aufgedampften Dehnungsmeß-
streifens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von im Vakuum auf ein Substrat aufgedampften Dehnungsmeßstreifen.
Aufgedampfte Dehnungsmeßstreifen werden vorzugsweise im Aufnehmerbau eingesetzt und jeweils vier werden zu einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet. Um eine Nullpunktstabilität derartiger Brücken zu erreichen, ist die Widerstandsdrift der einzelnen Dehnungsmeßstreifen klein zu halten. Der Widerstand der aufgedampften Dehnungsmeßstreifen ist abhängig von deren Dicke. Da aufgedampfte DehnungsmeB-streifen jedoch nur Bruchteile von einemvum dick sind, wird eine Widerstandsänderung sich daher schon bei Oxydation einer sehr dünnen Oberflächenschicht einstellen. Hieraus ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Herstellung nach Erreichen eines vorgebbaren Widerstandes des Dehnungsmeßstreifens eine anorganische Abdeckung aufgebracht wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß keine zwischenzeitliche Belüftung des Vakuumraumes stattfindet und demgemäß die anorganische Abdeckung sehr gut auf dem Dehnungsmeßstreifen haftet.
In Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß gesteuert vom Widerstand des Dehnungsmeßstreifens eine oxydierende Atmosphäre im Vakuum geschaffen wird. Die Dehnungsmeßstreifenaufdampfung wird weitergeführt, jedoch erfolgt wegen der oxydierenden Atmosphäre ein Weiterwachsen der Schicht als Oxydschicht. Als weiterer Vorteil wird erreicht, daß die Widerstandsschicht allmählich in die Oxydschicht übergeht und so eine innige Verbindung zwischen beiden Schichten geschaffen wird. In noch weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, daß im Vakuumraum durch Sauerstoffzufuhr ein Druck von ca.
5 x 10 5 Torr erzeugt wird. Der bei diesem Druck im Vakuumraum vorhandene Sauerstoff oxydiert das kondensierende Widerstandsmaterial wie Chrom und Silizium.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Anordnung vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, daß von einem im Vakuumraum angeordneten, mit verdampfbarem Widerstandsmaterial gefüllten beheizbaren Verdampfer, auf einem Substrat entsprechend einer Struktur einer vor diesem angeordneten Maske eine Aufdampfschicht niedergeschlagen wird und daß bei Erreichen eines vorgebbaren Widerstandes auf dieser aus einem weiteren Verdampfer durch Beheizen ein elektrischer Nichtleiter aufgebracht wird. Mit dieser Anordnung wird es ermöglicht ohne Änderung des einral eingestellten Vakuums einen mit einer anorganischen elektrisch isolierenden Abdeckung versehenen, aufgedampften Dehnungsmeßstreifen herzustellen.
Zur Durchführung des Verfahrens ist jedoch auch eine andere Anordnung geeignet, die sich dadurch auszeichnet, daß von einem im Vakuumraum angeordneten, mit verdampfbarem Widerstandsmaterial gefüllten beheizbarem Verdampfer auf einem Substrat entsprechend einer Struktur einer vor diesem angeordneten Maske eine Aufdampfschicht niedergeschlagen wird und daß bei Erreichen eines vorgebbaren Widerstandes über eine öffnung Sauerstoff dosiert in den Vakuumraum einströmt. Durch Verwendung eines einzigen Verdampfers sowohl für die Phase der Herstellung des aufzudampfenden Widerstandes als auch für die Phase der Herstellung der Abdeckung wird eine sehr gute Verzahnung zwischen Dehnungsmeßstreifen und anorganischer elektrisch isolierender Abdeckung erreicht.
In Ausgestaltung der Anordnung wird vorgeschlagen, daß mittels Schichtdickenmesser nach Erreichen einer vorgebbaren Schichtdicke der elektrisch nicht leitenden anorganischen Abdeckung der gesamte Aufdampfvorgang beendet wird. Durch den Einsatz eines Schichtdickenmessers läßt sich sowohl die Schichtdicke der elektrisch leitenden Aufdampfschicht, als auch die Schichtdicke des elektrischen Nicht leiters als Abdeckung genauestens festlegen.
Anhand der Zeichnung werden bevorzugte Ausgestaltungen gemäß der Erfindung näher erläutert. Hierbei werden in den Figuren gleiche Elemente mit gleichen Ziffern bezeichnet. Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung mit zwei Verdampfern Fig. 2 eine Anordnung mit einem Verdampfer.
Ein Vakuumraum 1 wird über eine Leitung 2, die zu einer nicht dargestellten Pumpe führt evakuiert. Innerhalb einer Glasglocke 3, die im Vakuumraum 1, im vorliegenden Fall einem Rezipienten, einen Unterdruck von P< 10 6 Torr zuläßt, sind ein Verdampfer 5, welcher mit verdampfbarem Widerstandsmaterial 6 gefüllt ist und ein zusätzlicher Verdampfer 20, welcher mit verdampfbarem elektrisch nicht leitendem anorganischem Material 21 gefüllt ist, angeordnet. über Leitungen 7 bzw. 22 können der Verdampfer 5 bzw. der zusätzliche Verdampfer 20 beheizt werden. Der Verdampfer 5 und der Zusatzverdampfer 20 bestehen selbst vorteilhaft aus Wolfram, Tantal oder Molybdän bzw. aus Graphit mit direktem Stromdurchgang.
Wenn der Vakuumraum 1 über die Leitung 2 mittels Purnpe auf das entsprechende Vakuum gebracht wurde und das verdampfbare Widerstandsmaterial 6 zufolge Aufheizung verdampft, werden Atomstrahlen 8 des Widerstandsmaterials 6 mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat 9 bzw. eine diese abdeckende Maske 10 aufgebracht und kondensieren hierbei zu einer Aufdampschicht 11, auf dem Substrat 9 bzw.
einer Schicht 12 auf der Maske 10. Die Aufdampfschicht 11 auf dem Substrat 9 bildet später den Dehnungsmeßstreifen dessen Widerstandswert beispielsweise durch die Dicke der Aufdampfschicht 11 gegeben ist. Diese Dicke kann mittels eines Schichtdickenmessers 24 gemessen werden. Hat hierbei die Schicht die Solldicke erreicht, so wird die Beheizung des Verdampfers 5 unterbrochen und die Beheizung des zusätzlichen Verdampfers 20 über die Leitungen 22 eingeleitet.
Durch Verdampfen des anorganischen Materials 21 wird nunmehr eine elektrisch nicht leitende Abdeckung 15 auf der Aufdampfschicht 11 aufgebracht. Hierbei kann ebenfalls der Schichtdickenmesser 24 zur Bestimmung der Schichtdicke 15 und zur Beendigung des gesamten Aufdampfvorganges herangezogen werden.
Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung besteht ebenfalls aus dem Vakuumraum 1 der über die Leitung 2 entlüftet wird.
Jedoch ist in diesem Fall eine verschließbare Zuleitung 4 an der Glasglocke 3 angeordnet. Im Inneren des Vakuumraumes 1 befindet sich der Verdampfer 5 als einziger Verdampfer, welcher mit verdampfbarem WiderstandsmateriaL 6 gefüllt ist. Die Aufheizung des Verdampfers 5 geschieht über die elektrische Leitung 7. Hierbei besteht, wie zu Fig. 1 bereits ausgeführt, de Verdampfer selbst vorteilhaft aus Wolfram, Tantal oder Molybdän bzw. aus Graphit mit direktem Stromdurchgang.
Wenn der Vakuumraum 1 über die Leitung 2 auf das entsprechende Vakuum gebracht wurde und das verdampfbare Widerstandsmaterial zufolge Aufheizung verdampft, werden Atomstrahlen 8 des Widerstandsmaterials 6 mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat 9 bzw. die diese abdeckende Maske 10 aufgebracht und kondensieren hierbei zu der Aufdampfschicht 11 auf dem Substrat 9 bzw. zu der Schicht 12 auf der Maske 10. Die Aufdampfschicht 11 auf dem Substrat 9 bildet später den Dehnungsmeßstreifen dessen Widerstandswert beispielsweise durch die Dicke der Aufdampfschicht 11 gegeben ist. Auch hierbei kann der Schichtdickenmesser 24 zur Bestimmung der Dicke der Aufdampfschicht 11 herangezogen werden. Ist nunmehr im Vakuumraum 1 die Möglichkeit gegeben mehrere Substrate 9 unterzubringen, so können mittels Verdampfen mehrere Dehnungsmeßstreifen gleichzeitig erhalten werden und es ist bei gleicher Kontur der jeweiligen Aufdampfschicht 11 die Dicke der Aufdampfschicht eine vorgebbare Größe für jeweils denselben Widerstand. Wird nunmehr durch Messen der Dicke der Aufdampfschicht 11 mittels Schichtdickenmesser 24, oder durch Messen des sich ändernden Widerstandes beim Aufdampfen ein vorbestimmter Grenzwert erreicht, so wird bei Erreichen dieses über die Öffnung eines Ventils 13 über die Zuleitung 4 eine vorbestimmte Menge Sauerstoff in den Vakuumraum 1 befördert. Dieser Sauerstoff verbindet sich nunmehr mit der Oberfläche der Aufdampfschicht 11, so daß bei weiterem Betrieb des Verdampfers 5 die Aufdampfschicht 11 nunmehr als anorganische, elektrisch nicht leitende, Abdeckung 15 weiterwächst. Nach Erreichen einer bestimmten Schichtdicke wird der Aufdampfvorgang beispielsweise mittels Schichtdickenmesser 24 insgesamt beendet. Durch diese Herstellungsweise ist ein auf einem Substrat 9 aufgedampfter Dehnungsmeßstreifen 16 entstanden, der aus einer Aufdampfschicht 11 besteht, die einen vorgegebenen Widerstand und eine anorganische Abdeckung 15 besitzt, die eine vorgegebene Schichtdicke als elektrischen Nicht leiter aufweist.
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Claims

Patentansprüche \\1. Verfahren zur Herstellung von im Vakuum auf ein Substrat aufgedampften Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß während der Herstellung nach Erreichen eines vorgebbaren Widerstandes (11) des Dehnungsmeßstreifens (16) eine anorganische Abdeckung (15) aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gesteuert vom Widerstand (11) des Dehnungsmeßstreifens (16) eine oxydierende Atmosphäre im Vakuumraum (1) geschaffen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, .daß im Vakuumraum (1) durch Sauerstoffzufuhr ein Druck von ca. 5 x 10 5 Torr erzeugt wird.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem im Vakuumraum angeordneten mit verdampfbarem Widerstandsmaterial (6) gefülltem beheizbarem Verdampfer (5) auf einem Substrat (9) entsprec-hend einer Struktur einer vor diesem angeordneten Maske (10) eine Aufdampfschicht (11) niedergeschlagen wird und daß bei Erreichen eines vorgebbaren Widerstandes auf dieser aus einem weiteren Verdampfer (20) durch Beheizen ein elektrischer Nichtleiter (21) aufgebracht wird.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von einem im V3kuumraum (1) angeordneten, mit verdampfbarem Widerstandsmaterial (6) gefülltem beheizbarem Verdampfer (5) auf einem Substrat (9) entsprechend einer Struktur einer vor diesem angeordneten Maske (10) eine Aufdampfschicht (11) niedergeschlagen wird und daß bei Erreichen eines vorgebbaren Widerstandes über eine öffnung (4) Sauerstoff dosiert in den Vakuumraum (1) einströmt.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Schichtdickenmesser (24) nach Erreichen einer vorgebbaren Schichtdicke der elektrisch nicht leitenden anorganischen Abdeckung (15) der gesamte Aufdampfvorgang beendet wird.