DE3918439A1 - Werkstueckbehaelter mit maskierungsfunktion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkstückhalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Halten eines Werk­ stücks, auf dem unter teilweiser Maskierung des Werkstücks ein Dünnfilm hergestellt werden soll, z. B. durch Sputtern, Ionenplattierung oder Aufdampfen im Vakuum. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Werkstückhalter mit Maskierungsfunktion, der zur Bildung eines leitenden Films oder eines Widerstandsfilms mit Hilfe einer geeigneten Dünnfilm-Herstellungstechnik auf einem bestimmten Teil der Oberfläche einer miniaturisierten und chipartigen Elektro­ nikkomponente, wie z. B. einem chipartigen Widerstand oder einem chipartigen Kondensator, verwendet wird.

Um eine chipartige Elektronikkomponente, wie z. B. einen chipartigen Widerstand oder einen chipartigen Kondensator zu erhalten, wird ein leitender Film oder ein Widerstands­ film auf einem bestinmten Teil der Oberfläche eines Werk­ stücks gebildet, z. B. auf einem Substrat oder auf einem Komponentenkörper. Wird mit Hilfe der Dünnfilm-Herstel­ lungstechnik, wie z. B. Sputtern, Ionenplattierung oder Aufdampfen im Vakuum ein derartiger leitender Film oder Wi­ derstandsfilm erzeugt, so ist es erforderlich, denjenigen Teil der Werkstückoberfläche abzudecken, der nicht mit dem Film bedeckt werden darf. Im allgemeinen wird eine einzige Maske für ein aus einer großen Anzahl von Werkstücken be­ stehendes Feld verwendet, wobei diese Maske nur mit dem Rand des Werkstückhalters fest verbunden ist. Es ergibt sich somit unvermeidlich ein Zwischenraum zwischen dem Zen­ tralbereich der Maske und der Oberfläche eines jeden Werk­ stücks. Bei Vorhandensein eines derartigen Zwischenraums zwischen der Werkstückoberfläche und der Maske können daher aufgedampfte Partikel in diesen Zwischenraum eindringen, so daß der Film in einen Pereich hinein erweitert wird, der eigentlich nicht mit diesem Film bedeckt sein darf. Es ist daher erforderlich, die Maske in dichtem Kontakt mit demje­ nigen Teil der Werkstückoberfläche zu bringen, der maskiert werden soll.

Im allgemeinen wird bei einem Werkstückhalter eine Feder verwendet, die ein Werkstück gegen eine Maske drückt, um einen engen Kontakt zwischen Werkstück und Maske zu erhal­ ten. Ein Werkstückhalter zum gleichzeitigen Halten einer großen Anzahl miniaturisierter Werkstücke würde jedoch eine derartige Feder für jedes Werkstück erfordern, was zu einem relativ komplizierten Aufbau führen würde. Es wäre darüber hinaus nicht einfach, die Werkstücke in einen derartigen Werkstückhalter einzusetzen, da die jeweiligen Federn zu­ sammengedrückt werden müßten, um jeweils Räume für die Auf­ nahme der Werkstücke zu definieren. Während eines Filmbil­ dungsschrittes würden darüber hinaus die Federn durch die dabei entstehende Hitze geglüht werden, so daß sich ihre elastischen Eigenschaften verschlechtern würden.

Es wurde bereits der Versuch unternommen, die zuvor erwähn­ ten Federn durch ein Gummielement zu ersetzen, um auf diese Weise die erforderliche Elastizität zu erzeugen. Gunmi kann jedoch einer Heiztemperatur von 200°C unter Vakuumbedingung nicht widerstehen. Ein Gummielement der genannten Art könn­ te somit die Umgebungstemperatur beim Sputtern nicht aus­ halten. Darüber hinaus gibt Gummi bei hoher Temperatur Gas ab, das zu einer Verschlechterung des Films oder zu einer Reduzierung der Adhäsion zwischen Film und Werkstück führen könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstück­ halter zu schaffen, der eine bessere Verbindung zwischen Werkstück und Maske gewährleistet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Werk­ stückhalter zu schaffen, der einen einfachen Aufbau auf­ weist und in einfacher Weise mit einem Werkstück geladen werden kann.

Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, einen Werkstück­ halter zu schaffen, der ein als elastische Andruckeinrich­ tung dienendes hitzebeständiges Material aufweist, um ein Werkstück in dichten Kontakt mit einer Maske zu bringen.

Die Lösung der gestellten Aufgaben findet sich im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind den nachgeordneten Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Ein Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks unter teil­ weiser Maskierung des Werkstücks zeichnet sich aus durch

• eine Maskierungseinrichtung mit einer Oberfläche, die in Kontakt mit einem Oberflächenteil des zu maskierenden Werkstücks bringbar ist, und
• eine elastische Andruckeinrichtung, die die Maskierungs­ einrichtung und das Werkstück elastisch gegeneinander drückt, wobei die elastische Andruckeinrichtung eine Men­ ge bzw. Aggregation an hitzebeständigen Fasern enthält.

Die hitzebeständigen Fasern können Metallfasern oder Kera­ mikfasern sein bzw. enthalten. In Übereinstimmung mit der Erfindung werden die Maskierungseinrichtung und das Werk­ stück über die Elastizität der Menge bzw. Aggregation an hitzebeständigen Fasern in dichten Kontakt miteinander ge­ bracht. Durch Verdampfung erzeugte Partikel können also nicht mehr einen ungewünschten Oberflächenteil des Werk­ stücks erreichen, so daß sich daher die Konfiguration und die Abmessungsgenauigkeit eines auf der Oberfläche des Werkstücks gebildeten Films verbessern lassen.

Die hitzebeständigen Fasern aus Metall oder Keramik sind darüber hinaus vollständig gegen schädliche Einflüsse bei der Dünnfilmherstellung geschützt, z. B. während des Sput­ terns, das bei hoher Umgebungstemperatur erfolgt. Daher weisen die hitzebeständigen Fasern eine exzellente Haltbar­ keit bzw. Beständigkeit auf und haben keinen schädlichen Einfluß auf die Filmherstellung. Die Menge bzw. Aggregation dieser hitzebeständigen Fasern kann in gewünschter Weise geformt werden, so daß sie leicht in den Werkzeughalter eingeführt werden kann, was zu einem einfacheren Aufbau des Werkzeughalters führt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines chipartigen Wi­ derstands, der unter Verwendung eines Werkstück­ halters nach der Erfindung erzeugt worden ist,

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Werkstückhalters nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Werkstückhalter nach der Erfindung, bei dem die im Werkstückhalter nach Fig. 2 vorhandene Maske durch eine andere Maske ersetzt worden ist,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Werk­ stückhalters in Fig. 3,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines anderen Ausführungsbei­ spiels eines Werkstückhalters nach der Erfindung, und

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Werk­ stückhalters nach Fig. 5.

Entsprechend der Fig. 1 enthält ein chipartiger Widerstand 1 einen Chip 2 aus einem isolierenden Material, beispiels­ weise aus Aluminiumoxid. Der Chip 2 weist die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds auf und enthält eine obere Fläche 3, eine untere Fläche 4, zwei Seitenflächen 5 und 6 sowie zwei Endflächen 7 und 8. Ein Widerstandsfilm 9 aus z. B. NiCr befindet sich in einem bestinmten Bereich auf der oberen Fläche 3. Ein leitender Film 10 befindet sich auf der Endfläche 7 und auf einem Teil der oberen Fläche 3 und deckt einen Endbereich des Widerstandsfilms 9 ab. Ein weiterer leitender Film 11 befindet sich auf der Endfläche 8 und auf einem Teil der oberen Fläche 3 und deckt einen anderen Endbereich des Widerstandsfilms 9 ab.

Bei diesem chipartigen Widerstand 1 wird der Widerstands­ film 9 mit Hilfe eines Werkstückhalters 12 hergestellt, der in Fig. 2 gezeigt ist. Dagegen werden die leitenden Filme 10 und 11 mit Hilfe eines Werkstückhalters 13 hergestellt, der in Fig. 3 gezeigt ist.

Gemäß Fig. 2 enthält der Werkstückhalter 12 eine Hinter­ platte 14 aus rostfreiem Stahl. Eine Menge 15 bzw. Anhäu­ fung von rostfreien Stahlfasern befindet sich auf der Hin­ terplatte 14. Eine erste Maske 16 aus einer flexiblen Mate­ rialschicht, beispielsweise eine Aluminiumfolie, liegt auf der Fasermenge 15. Ein Abstandsstück 17 aus z. B. rostfrei­ em Stahl ist auf der ersten Maske 16 plaziert. Ferner liegt auf dem Abstandsstück 17 eine zweite Maske 18 aus z. B. ei­ ner rostfreien Stahlplatte. Um den Zwischenraum zwischen der Hinterplatte 14 und der zweiten Maske 18 regulieren bzw. einstellen zu können, ragen Bolzen 19 a und 19 b durch die Hinterplatte 14 und die zweite Maske 18 hindurch. Diese Bolzen 19 a und 19 b sind jeweils mit Muttern 20 a und 20 b verbunden bzw. verschraubt.

Die Fasermenge 15, die in Form einer Schicht durch Verweben und Komprimieren extradünner Drähte aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, ist insgesamt bei Kompression hinreichend elastisch deformierbar.

Das Abstandsstück 17 ist mit einer Mehrzahl von Hohlräumen 21 versehen, von denen jeweils einer ein Werkstück oder den Chip 2 in Fig. 1 aufnimmt.

Die zweite Maske 18 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 22 auf, von denen jede eine Konfiguration besitzt, die mit dem Widerstandsfilm 9 in Fig. 1 korreliert bzw. übereinstimmt.

Wie die Fig. 2 zeigt, befindet sich die Fasermenge 15 in einem komprimierten Zustand, wenn der Werkstückhalter 12 mit den Chips 2 geladen ist. Die Chips 2 werden daher über die erste Maske 16 nach oben gedrückt, und zwar durch die elastische Kraft der Fasermenge 15. Somit stehen die oberen Flächen 3 der Chips 2 in engem Kontakt mit der zweiten Mas­ ke 18.

Werden die Chips 2 in eine Sputtereinrichtung hineinge­ führt, beispielsweise im Zustand nach Fig. 2, so lassen sich Filme, wie der Widerstandsfilm 9 in Fig. 1, auf den oberen Flächen 3 der Chips 2 in Bereichen bilden, die mit den Öffnungen 22 der zweiten Maske 18 übereinstimmen.

Unter Verwendung des Werkstückhalters 12 in Fig. 2 wurde ein Experiment durchgeführt, um den Effekt der Fasermenge 15 zu bestätigen. Der Werkstückhalter 12 wurde mit Alumi­ niumoxid-Chips 2 von 3 mm × 2,5 mm × 1 mm Größe geladen und in eine Sputtereinrichtung hineingeführt. Diese Sputterein­ richtung befand sich in einer Argonatmosphäre von 2 × 10^-3 Torr. Von einem Target aus Ni 50% - Cr 50% verdampfte Partikel wurden auf vorbestimmte Bereiche der oberen Flä­ chen 3 der Chips 2 angelagert, um auf diese Weise Wider­ standsfilme aus NiCr mit einer Dicke von 80 nm (800 A) zu bilden. Die Öffnungen 22 der zweiten Maske 18 hatten eine Größe von 2,00 mm × 2,00 mm. Die mittlere Größe der auf diese Weise erhaltenen Widerstandsfilme betrug 2,018 mm × 2,018 mm mit kleiner Dispersion von 9 µm. Die Widerstands­ filme konnten also mit hoher Genauigkeit hergestellt wer­ den. Ferner wurde ein Referenztest durchgeführt, und zwar ebenfalls unter Anwendung eines Sputtervorgangs und ohne Fasermenge im Werkstückhalter. Dabei wurde bei ansonsten gleichen Bedingungen eine mittlere Größe der Widerstands­ filme von 2,248 mm × 2,248 mm erhalten, mit einer signifi­ kanten Dispersion von 133 µm.

Beim Werkstückhalter 13 nach Fig. 3 ist die zweite Maske 18 des Werkstückhalters 12 in Fig. 2 durch eine dritte Maske 23 ersetzt. Die dritte Maske 23 weist Öffnungen 24 zur Bil­ dung der leitenden Filme 10 und 11 auf, die in Fig. 1 ge­ zeigt sind. Zwischenräume 25 befinden sich zwischen den je­ weiligen Endflächen 7 und 8 der Chips 2, die innerhalb der Hohlräume 21 liegen, und den die Hohlräume 21 bildenden Wandflächen, so daß die zuvor erwähnten Öffnungen 24 auch in Verbindung mit den Zwischenräumen 25 stehen. Bei dem Werkstückhalter 13 nach Fig. 3 liegen daher diejenigen Teile der Chips 2 frei, die mit den in Fig. 1 gezeigten leitenden Filmen 10 und 11 bedeckt werden sollen. Nicht dargestellte Wandflächen der Hohlräume 21 im Abstandsstück 17, die den Seitenflächen 5 und 6 der Chips 2 jeweils ge­ genüberliegen, sind so positioniert bzw. ausgebildet, daß sie in dichtem Kontakt mit diesen Seitenflächen 5 und 6 stehen. Dabei können allerdings noch sehr kleine und unvermeidbare Zwischenräume zwischen den Seitenflächen 5 und 6 der Chips 2 und den Hohlräumen 21 aufgrund von unge­ nauen Dimensionsabmessungen verbleiben. In diese Zwischen­ räume können aber nur sehr wenige Partikel gelangen, was jedoch im Vergleich zu dem Fall unproblematisch ist, bei dem Partikel auf nicht zu bedeckende Bereiche der oberen Flächen 3 und der unteren Flächen 4 der Chips 2 auftreffen.

Die leitenden Filme 10 und 11 in Fig. 1 werden durch den Werkstückhalter 13 in Fig. 3 hindurch gebildet. Wie die Fig. 4 erkennen läßt, lagern sich verdampfte Partikel an die freiliegende Oberfläche des Chips 2 an, und zwar durch die Öffnung 24 in der Maske 23 und den Zwischenraum 25 hin­ durch. Auf diese Weise werden der leitende Film 10 auf der Endfläche 7 des Chips 2 und der leitende Film 11 auf der Endfläche 8 des Chips 2 gebildet. Zu diesem Zeitpunkt steht die erste Maske 16 in engem Kontakt mit der unteren Fläche 4 des Chips 2, während die dritte Maske 23 in engem Kontakt mit einem Teil der oberen Fläche 3 des Chips 2 steht, so daß kein leitender Film 10 oder 11 in Bereichen gebildet wird, die in Kontakt mit diesen Einrichtungen 16 und 23 stehen.

In Übereinstimmung mit Fig. 4 sind Kantenbereiche 26 und 27 des Chips 2 abgerundet, insbesondere bei einem chipartigen, monolithischen Kondensator. In diesem Fall wird die flexib­ le erste Maske 16 z. B. entlang des abgerundeten Kantenbe­ reichs 27 abgelenkt bzw. abgebogen, so daß vollständig ver­ hindert wird, daß verdampfte Partikel auf die untere Fläche 4 des Chips 2 gelangen können.

Bei einem gewöhnlichen chipartigen, monolithischen Konden­ sator wird der Chip 2 nach Bildung des leitenden Films 10 auf der Endfläche 7 und auf einem Teil der oberen Fläche 3, wie in Fig. 4 im Zusammenhang mit dem leitenden Film 10 dargestellt ist, umgekehrt und wiederum im Werkstückhalter 13 gehalten, wie die Fig. 3 zeigt. Sodann wird in diesem Zustand erneut ein Dünnfilm hergestellt, um die leitenden Filme 10 und 11 über die jeweiligen Endbereiche der unteren Fläche 4 des Chips 2 auszudehnen.

Die erste Maske 16 innerhalb des Werkstückhalters 12 oder 13 ist nur dann erforderlich, wenn die Dünnfilmherstellung gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Zustand erfolgen soll. Aller­ dings ist die erste Maske 16 auch innerhalb des Werk­ stückhalters 12 in Fig. 2 vorhanden, so daß beim Betrieb der Übergang von dem in Fig. 2 gezeigten Schritt zu dem in Fig. 3 gezeigten Schritt dadurch schnell und einfach erfol­ gen kann, daß die zweite Maske 18 durch die dritte Maske 23 ausgetauscht wird.

Die erste Maske 16 braucht nicht unbedingt eine Aluminium­ folie zu sein. Sie kann auch eine Metallfolie aus einem an­ deren Material oder ein Film aus einem fluorhaltigen Harz mit hoher Hitzebeständigkeit sein, z. B. ein Film aus Poly­ tetrafluorethylen. Die erste Maske 16 besteht vorzugsweise aus einem chemisch stabilen Material, so daß verdampfte Partikel, die sich an die erste Maske 16 anlagern, von die­ ser auf chemischem Wege wieder entfernt werden können, um diese Maske mehrfach verwenden zu können.

Die Fig. 5 zeigt einen Werkstückhalter 32 zur Bildung eines Films auf einer oberen Flächen 29 und auf jeweiligen oberen Teilen von Seitenflächen 30 und 31 eines Werkstücks 28. Der Werkstückhalter 32 enthält einen U-förmigen Haltekörper 33 zur Aufnahme des Werkstücks 28 in seiner Zentralposition und ist mit Masken 34 und 35 sowie mit Halteplatten 36 und 37 an seinen beiden Seiten ausgestattet. Die Positionen der Halteplatten 36 und 37 relativ zum Werkstückhalter 32 kön­ nen über Schrauben bzw. Bolzen 38 und 39 verändert werden, die mit dem Haltekörper 33 in Eingriff stehen bzw. durch diesen hindurchragen.

Die Masken 34 und 35 sind aus flexiblem Schichtmaterial hergestellt, z. B. aus einer Aluminiumfolie, und weisen die Form von Zylindern oder Säcken auf. Diese Zylinder bzw. Säcke enthalten z. B. Füllungen 40 und 41 aus rostfreien Stahlfasern.

Die Masken 34 und 35 befinden sich an beiden Seiten des Werkstücks 28 und werden durch die Halteplatten 36 und 37 in dichtem Kontakt mit vorbestimmten Bereichen der Seiten­ flächen 30 und 31 des Werkstücks 28 gehalten, und zwar durch die Elastizität der Faserfüllungen 40 und 41. Zu die­ ser Zeit sind die Masken 34 und 35 deformiert, wie die Fig. 6 in vergrößerter Darstellung zeigt, um enge Kontaktzustän­ de über die gesamten Bereiche zu erhalten, die in Kontakt mit dem Werkstück 28 stehen. Wird ein Film 42 gemäß Fig. 6 hergestellt bzw. geformt, so weist eine Kante 43 des Films 42 daher eine klare Konfiguration auf.

Das Material für die Masken 34 und 35 bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel braucht nicht unbedingt Aluminiumfolie zu sein. Es kann auch ein anderes flexibles Schichtmaterial mit hoher Hitzebeständigkeit zur Bildung der Masken 34 und 35 zum Einsatz kommen.

Das hitzebeständige Fasermaterial für die Faserfüllungen 15, 40 oder 41 braucht ebenfalls nicht rostfreier Stahl zu sein (Fasern aus rostfreiem Stahl). Es können auch Metall­ fasern aus anderem Material oder aber Keramikfasern verwen­ det werden.

Claims (7)

1. Werkstückhalter zum Halten eines Werkstücks unter teilweiser Maskierung des Werkstücks, gekennzeichnet durch

• - eine Maskierungseinrichtung (16, 18, 23, 34, 35) mit ei­ ner Oberfläche, die in Kontakt mit einem Oberflächenteil des zu maskierenden Werkstücks bringbar ist, und
• - eine elastische Andruckeinrichtung, die die Maskierungs­ einrichtung und das Werkstück elastisch gegeneinander­ drück, wobei die elastische Andruckeinrichtung eine Menge an hitzebeständigen Fasern (15, 40, 41) enthält.

2. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hitzebeständigen Fasern Metallfasern ent­ halten.

3. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hitzebeständigen Fasern Keramikfasern enthalten.

4. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elastische Andruckeinrichtung Mittel (14, 19 a, 19 b, 20 a, 20 b, 33, 36 bis 39) zum Regulieren des Zwischenraums zwischen der Maskierungseinrichtung und dem Werkstück aufweist, und daß die Fasermenge durch die Zwi­ schenraum-Regulierungsmittel getragen wird, um eine Elasti­ zität in einer solchen Richtung aufzubauen, daß sich Mas­ kierungseinrichtung und Werkstück einander nähern.

5. Werkstückhalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maskierungseinrichtung (18, 23) die Form einer steifen Platte aufweist.

6. Werkstückhalter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenraum-Regulierungsmittel eine plattenförmige Einrichtung (14), die der Maskierungsein­ richtung über das Werkstück gegenüberliegt, sowie eine Kopplungseinrichtung (19 a, 19 b, 20 a, 20 b) zur Aufrechter­ haltung eines konstanten Zwischenraums zwischen der plat­ tenförmigen Einrichtung und der Maskierungseinrichtung auf­ weisen, und daß die Fasermenge (15) zwischen der platten­ förmigen Einrichtung (14) und dem Werkstück angeordnet ist.

7. Werkstückhalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maskierungseinrichtung (16, 34, 35) durch eine flexible, dünne Lage bzw. Schicht gebildet ist, und daß die Fasermenge (15, 40, 41) so angeordnet ist, daß sie in Kontakt mit der Maskierungseinrichtung steht.