DE2944927A1 - Einrichtung zur herstellung von duennfilm-schaltkreisen - Google Patents

Einrichtung zur herstellung von duennfilm-schaltkreisen

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DE2944927A1
DE2944927A1 DE19792944927 DE2944927A DE2944927A1 DE 2944927 A1 DE2944927 A1 DE 2944927A1 DE 19792944927 DE19792944927 DE 19792944927 DE 2944927 A DE2944927 A DE 2944927A DE 2944927 A1 DE2944927 A1 DE 2944927A1
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Tomislav Dipl.-Ing. 6901 Dossenheim Okstajner
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BBC Brown Boveri AG Germany
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Description

BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim · 6. Nov. 1979
Mp.-Nr. 628/79 ZFE/P3-Pn/Bt
Einrichtung zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen mit einer zum Beschichten eines Substrates mit Materialien dienenden Beschichtungskammer und mit einer zur Erstellung der Beschichtungsstruktur dienenden Gefügekammer.
Bei der Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen werden allgemein bekannte Beschichtungsmethoden, wie Vakuumaufdampftechnik und Kathodenzerstäubungstechnik (Sputtern) angewendet. Dabei werden die einzelnen Materialschichten im Vakuum oder in einer Gasatmosphäre gleichzeitig hergestellt und jeweils außerhalb der Beschichtungsanlagen mit Photoresist beschichtet, belichtet, entwickelt und geätzt bzw. strukturiert. Die erforderlichen Schaltkreise werden also beispielsweise durch chemisches Ätzen erst nach Aufbringung der Schichten hergestellt. Diese Beschränkung steht einer
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großzügigen Vollautomatisierung entgegen. Da die Dünnfilmtechnik desweiteren sehr kapitalintensiv ist^ hat sie sich bisher nur für spezielle Schaltkreise in der Nachrichtentechnik, in der medizinischen Technik oder auf den Gebieten s der Militärelektronik sowie Luft- und Raurofahrttechnik durchsetzen können.
Einen Fortschritt in der Dünnfilmtechnik stellt der Einsatz von allgemein bekannten Festkörpermasken dar. Die Festkörpermasken werden auf die zu beschichtenden Substrate gelegt und lassen nur die gewünschten Partien zum Bedampfen frei. Da es sich bei den Festkörpermasken jedoch um sehr dünne Masken von 25 bis 50 um und weniger handelt, stellen· sich bei deren Herstellung, Standzeit und Positionierung
■J5 auf dem Substrat zahlreiche Probleme, die einen Einsatz '.
außerhalb von Laboratorien sehr erschweren. j
Diese bekannten Techniken zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen haben den Nachteil, daß sie eine vollautomatische Herstellung sehr erschweren, wenn nicht gar unmöglich machen.
Sie ermöglichen lediglich eine Aufteilung des Herstellungs- ι prozesses in einzelne Gruppen, wobei die Herstellungsvorgänge innerhalb der einzelnen Gruppen jeweils automatisch "j ablaufen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Techniken zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen so miteinander zu koppeln und so zu verfeinern, daß eine vollautomatische Herstellung der Schaltkreise ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird für eine Einrichtung zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen dadurch gelöst, daß mindestens eine zum Einführen bzw. Auswerfen eines zu bearbeitenden Substrates dienende Ein/Aus-Schleusenkammer, mindestens eine Beschichtuncrskammer und mindestens eine an eine Gefüge-
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erstellungseinrichtung angeschlossene, mit einem XYZ-Verschiebetisch ausgerüstete Gefügekammer seriell angeordnet und durch ein gemeinsames Transportsystem miteinander verbunden sind, wobei eine Steuerung bzw. Regelung und Überwachung der Einrichtung durch einen Rechner erfolgt, dem sämtliche für den Herstellungsprozeß wichtigen Daten über einen Datenträger eingebbar sind.
Die mit der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine rechnergesteuerte, vollautomatische Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen von hoher Qualität und Zuverlässigkeit ohne die aufwendige Photoresisttechnik oder die umständliche Festkörpermaskentechnik ermöglicht wird. Auch auf die bei den bisher üblichen Herstellungstechniken möglichen Abgleichgeräte kann verzichtet werden, da die elektrischen Daten sofort während des Herstellungsprozesses meßbar sind. Die Einrichtung ist ferner äußerst flexibel, d.h. es können nacheinander verschiedenartige Dünnfilm-Schaltkreise ohne Umrüstung der Einrichtung hergestellt werden. Die Betriebskosten der Einrichtung werden bei größerer Serienfertigung von Schaltkreisen minimiert, da kein Personalaufwand nötig ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich, weitere Vorteile sind in der Beschreibung an entsprechender Stelle genannt.
Ausführungsbeisoiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen,
Fig. 2 ein beschichtetes Substrat, Fig. 3 eine Variante zu Figur 1 mit serieller Beschichtung und Gefügeerstellung.
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In Fia. 1 ist eine Einrichtung zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen dargestellt. Die Einrichtung weist eine Ein/Aus-Schleusenkammer 1, eine oder mehrere Beschichtungskammern 2 sowie eine Gefügekammer 3 auf. Die Beschichtungskammer 2 kann dabei eine Vakuum-Aufdampfanlage oder eine Kathodenzerstäubungsanlage sein. Schleusenkammer 1 und Beschichtungskammer 2 sind über ein Schleusenventil 4 miteinander verbunden, während der Anschluß zwischen Beschichtungskammer 2 und Gefügekammer 3 über ein Zwischenstück 5 erfolgt. Ein weiteres Zwischenstück 5 befindet sich am anderen Ende der Gefügekammer 3. Bei größeren Anlagen kann sich an die Gefügekammer 3 anschließend eine weitere Beschichtungskammer 2 befinden. An die Gefügekammer 3 ist eine Gefügeerstellungseinrichtung 6 angeschlossen, z.B. ein Laser oder eine Elektronenstrahlkanone.
In den Kammern I1 2 und 3 befinden sich jeweils Transportsysteme 7. beispielsweise Förderbänder. Unterhalb der Gefügeerstellungseinrichtung 6 ist in der Gefügekammer 3 ein XYZ-Verschiebetisch 8 angeordnet. Eine auf dem Transbortsystem 7 transportable Palette 9 trägt ein (bzw. mehrere) zu bearbeitendes Substrat 10. Das Substrat 10 aelangt mit Hilfe des Transportsystems 7 in die einzelnen Kammern 1, oder 3. '
Ein Rechner 11 steuert und überwacht sämtliche zur Herstellung der Dünnfilm-Schaltkreise notwendigen Einrichtungen, wie z.B. das Transportsystem 7, die Gefügeerstellungseinrichtung 6 und den XYZ-Verschiebetisch 8. Ferner steuert der Rechner 11 auch die Aufbringung der verschiedenartigen, in der Beschichtungskammer 2 auf das Substrat 10 aufzutragenden Beschichtungsmaterialien 12. Die. Steuerunq bzw. Regelung erfolgt dabei mit Hilfe eines dem Rechner 11 zuzuführenden Datenträgers 13. Der Datenträger 13 ist z.B.
ein Magnetband, eine Platte etc..
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Nachfolgend wird der Ablauf zur Herstellung der Dünnfilm-Schaltkreise beschrieben. Die gereinigten Substrate 10 werden auf eine gleichermaßen als Substratträger und als Transporteinheit dienende Palette 9 aufgelegt. Durch den Datenträger 13 werden dem Rechner 11 alle erforderlichen Daten, wie Reihenfolge und Material der Beschichtungen, Gefügestruktur jeder einzelnen Schicht etc. mitaeteilt. So kann der Herstellungsprozeß vollautomatisch, nur durch den Rechner 11 gesteuert und überwacht, ablaufen.
Die Palette 9 mit dem bzw. den Substrat(en) 10 wird nach Evakuierung der Ein/Aus-Schleusenkammer 1 von dieser Kammer 1 durch das Schleusenventil 4 mit Hilfe des Transportsystems 7 in die Beschichtungskammer 2 eingeführt, in der das erste Beschichtungsmaterial 12 aufgetragen wird. Nachdem die durch den Datenträger 13 vo..-gegebene Schichtdicke erreicht ist, wird die Palette 9 durch das Zwischenstück 5 vom Transportsystem 7 in die Gefügekammer 3 transportiert. Dort wird die Palette 9 auf den XYZ-Verschiebetisch 8 gelegt und in die richtige Bearbeitungsposition gebracht. Die Gefügeerstellungseinrichtung 6 erstellt die vom Datenträger 13 vorgegebene Struktur des ersten Beschichtungsmaterials 12, d.h. mit Hilfe des Elektronenstrahls oder des Lasers wird
ein Teil des Beschichtunqsmaterials 12 wieder weggebrannt.
Danach wird die Palette 9 vom XYZ-Verschiebetisch 8 wieder dem Transportsystem 7 übergeben und von diesem in die Beschichtungskammer 2 zurücktransportiert. In der Beschichtungskammer 2 wird das nächste Beschichtungsmaterial 12 aufgetragen. Die beschichteten Substrate 10 werden danach wieder in die Kammer 3 transportiert, in der die Struktur dieser Schicht mit Hilfe des XYZ-Verschiebetisches 8 und der Gefügeerstellungseinrichtung 6 erstellt wird.
Dieses Hin- und Herschieben der Palette 9 zwischen der Be-Schichtungskammer 2 und der Gefügekammer 3 wiederholt sich
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solange, bis sämtliche Beschichtungsmaterialien 12 aufgetragen und strukturiert sind. Danach kann der fertige Schaltkreis eventuell mit diskreten Bauteilen, wie Drosseln, Schalter etc. bestückt werden, wobei die Gefügeerstelluhgseinrichtung 6 dann z.B. als Elektronenstrahlschweißgerat arbeitet. Danach verläßt die Palette 9 die Beschichtungskammer 2 über das Schleusenventil 4 und gelangt in die Ein/Aus-Schleusenkammer 1, aus der nach Flutung der Kammer 1 mit Luft die fertigen Dünnfilm-Schaltkreise entnommen werden.
Nach der Erstellung der Strukturen der Beschichtungsmaterialien 12 erfolgt zweckmäßigerweise eine sofo-rtige Über^- prüfung und Messung der elektrischen Werte durch den Rechner 11 und es wird eine eventuell nötige Korrektur veranlaßt. Deshalb sind keine gesonderten kostspieligen Abgleichgeräte erforderlich.
Die Reihenfolge des Auftragens der einzelnen Beschichtungsmaterialien 12 wird so gewählt, daß die in größerer Stärke aufzutragenden Beschichtungsmaterialien 12 vor den dünner aufzutragenden Materialien 12 aufgebracht werden. In Fig. 2 ist in einem Beispiel hierzu ein mit mehreren Materialien 12 beschichtetes Substrat 10 dargestellt. In einem ersten Schritt wird z.B. Leiterbahnmaterial 14 auf das Substrat 10 aufgetragen und strukturiert. In einem zweiten Schritt wird z.B. Widerstandsmaterial 5 aufgetragen und strukturiert. Schließlich folgt in einem dritten Schritt der Auftrag einer Isolatorschicht 16, Wie in Figur 2 zu erkennen ist, ist die Leiterbahnmaterialschicht 14 (z.B. Gold, Kupfer etc.) dicker als die Widerstandsmaterialschicht 15 und diese wiederum dicker als die Isolatorschicht 16. Die Reihenfolge des Auftragens von dickeren Schichten vor dünneren Schichten hat ihren Sinn darin, eine große thermische Belastung der dünneren Schichten bei Strukturierung der dickeren Schichten zu vermeiden. Würde eine dünnere Schicht
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unter einer dickeren Schicht liegen, so könnte bei Strukturierung der dickeren Schicht auch die dünnere Schicht versehentlich mitstrukturiert bzw. verletzt werden, wenn die Eindringtiefe etwas zu groß eingestellt ist. Diese Gefahr ist bei umgekehrter Beschichtungsreihenfolge nicht gegeben.
Die in Figur 1 dargestellte Einrichtung stellt lediglich einen prinzipiellen Lösungsvorschlag dar. In einer in Figur 3 dargestellten Variante erfolgen Beschichtung und Gefügeerstellung in mehreren seriell angeordneten Beschichtungskammern 2, hinter denen jeweils eine aesonderte Gefügekammer 3 liegt. Diese Lösung ist zwar kostenintensiver, hat jedoch den Vorteil der schnelleren, seriellen "fließbandähnlichen" Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen.
Nach der letzten Beschichtungskammer 2 bzw. Gefügekammer 3 folgen ein Schleusenventil 4, eine Schleusenkammer 1, eine automatische Bestückungseinrichtung 17, eine automatische Testeinrichtung 18 sowie eine Schutzumhüllungseinrichtung
19. Die automatische Bestüo.kungseinrichtung 17 ist zur Bestückung und Zusammenfügung des Dünnfilm-Schaltkreises mit diskreten Schaltelementen, wie Drosseln, Schaltern etc. mittels Elektronenstrahlschweißen oder auch eines Lasers, vorgesehen. Mit Hilfe der unter der Kontrolle des Rechners 11 stehenden automatischen Testeinrichtung 18 werden die elektrischen Werte des fertigen Bauteils aemessen und Funktionsüberprüfung durchgeführt, bevor das fertige Bauteil mit einer Schutzumhüllung in der' Einrichtung 19 versehen wird (z.B. Tauchverfahren).
Mit der in Fiaur 3 dargestellten Einrichtung wird eine vollautomatische Fertiquna von elektronischen Schaltkreisen in Dünnfilmtechnik ermöglicht. Die Fertiaunasunterlaaen werden dabei von einer CAD-Station 20 erstellt, auf den Datenträger 13 gespeichert und dem Rechner 11 eingegeben. Der Ein-
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satz der CAD-Station ermöglicht vorteilhaft den direkten Zugriff des Entwicklers zum fertiaen Produkt. Die Einrichtung ist äußerst flexibel. So ist es beispielsweise möglich, während einer Großserienfertigung von Dünnfilm-Schaltkreisen zwischendurch ein einziges Exemplar eines anderen Dünnfilm-Schaltkreises ohne vorherige Umrüstung der Einrichtung zu produzieren. Es erfolgt hierzu lediglich ein Austausch der Datenträger 13.
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Claims (12)

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    Mp.-Nr. 628/79 6. Nov. 1979
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    Ansprüche
    I.] Einrichtung zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen mit einer zum Beschichten eines Substrates mit Materialien dienenden Beschichtungskaromer und mit einer zur Erstellung der Beschichtungsstruktur dienenden Gefügekammer, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zum Einführen bzw. Auswerfen eines zu bearbeitenden Substrates (10) dienende Ein/Aus-Schleusenkammer (1), mindestens eine Beschichtungskammer (2) und mindestens eine an eine Gefügeerstelr-
    ■J5 lungseinrichtung (6) angeschlossene, mit einem XYZ-Verschiebetisch (8) ausgerüstete Ge^ügekammer (3) seriell angeordnet und durch ein gemeinsames Transportsystem (7) miteinander verbunden sind, wobei eine Steuerung bzw. Regelung und Überwachung der Einrichtung durch einen Rechner (11) erfolgt, dem sämtliche für den Herstellungsprozeß wichtigen Daten über einen Datenträger (13) eingebbar sind.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungskammer (2) eine Kathodenzerstäubungsanlage ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungskammer (2) eine Vakuumaufdampfanlage ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefügeerstellungseinrichtung (6) eine Elektronenstrahlkanone ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefügeerstellungseinrichtung (6) ein Laser ist.
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  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche für den Herstellungsprozeß wichtigen Daten von einer CAD-Station (20) erstellbar und danach dem Datenträger (13) eingebbar sind.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gefügeerstellungseinrichtung (6) zum Verbinden einzelner Schaltkreisschichten mit diskreten Bauelementen dient.
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Beschichtungskammern (2) und mehrere Gefügekammern (3) in abwechselnder Reihenfolge seriell verbunden sind urid nach der letzten Beschichtungskammer (2) bzw. der letzten Gefügekammer (3) ein Schleusenventil (4) und eine Aus-Schleusenkammer (1) folgen.
  9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die Aus-Schleusenkammer (1) eine Bestückungseinrichtung (17), eine automatische Testeinrichtung (18) sowie eine Schutzumhüllungseinrichtung (19) seriell angeschlossen sind.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen mit Hilfe der Einrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeitende Substrat (10) nach Einführung in die Ein/Aus-Schleusenkammer (1) zur abwechselnden Beschichtung und Struk«- turierung zwischen der Beschichtungskammer (2) und der Gefügekammer (3) in mehreren Schritten hin- und hergeschoben wird und nach erfolgter letzter Beschichtung die Einrichtung durch die Ein/Aus-Schleusenkammer wieder verläßt.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen mit Hilfe der Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeitende Substrat (10) nach Einführung in eine Ein-Schleusenkammer (1) mehrere seriell
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    abwechselnd angeordnete Beschichtungskammern (2) und Gefügekammern (3) durchläuft und die Einrichtung durch eine eigene Aus-Schleusenkammer (1} wieder verläßt.
  12. 12. Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm-Schaltkreisen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Beschichtung der Substrate (10) mit dickeren, danach mit dünneren Materialschichten (12) erfolgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1990009730A1 (en) * 1989-02-07 1990-08-23 Autodisplay A/S A process for manufacturing an electrode pattern on a substrate
FR2673132A1 (fr) * 1991-02-21 1992-08-28 Synthes Procede et dispositif pour decouper au laser une piece metallique creuse.

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