NO146586B - Fremgangsmaate ved fremstilling av elektriske motstander - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av elektriske motstander ut fra tynne folier eller filmer av et metall eller en metallegering festet på et egnet isolerende bærermateriale.

Det kjennes flere forskjellige fremgangsmåter for å frem-stille motstander av den nevnte type. Ifølge en kjent fremgangs-

måte påføres folien av metall eller metallegering en maske som omfatter vinduer eller furer som overensstemmer med konturene av de motstandsfilamenter som skal dannes i folien eller filmen, og folien eller filmen dryppes så i et egnet kjemisk eller elektrokjemisk bad for å fjerne metallet eller legeringen overfor vin-duene eller furene i masken.

Det er en ulempe ved graveringsmetoden ved kjemisk angrep

at det fåes filamenter med ujevne kanter. På grunn av disse ujevnheter er det meget vanskelig å inngravere vinduer eller furer med kanter som befinner seg svært nær hverandre, idet stabiliteten av den erholdte motstand lett kompromitteres på grunn av de elektriske feltgradienter som er tilbøyelige til å forekomme'mellom ujevnheter i kantene av nabofilamenter. Derimot byr denne fremgangsmåte på den forhold at den er forholdsvis lett å utføre.

Nu er det fra tysk off. skrift nr. 2.117.199 kjent en fremgangsmåte ved etsing av isolasjonsskikt, såsom skikt av SiO^, hvor der benyttes en annen teknikk. Over Si02~skiktet som skal etses, anbringes en maske av et etsbart materiale, hvis konturer overensstemmer med konturene av det mønster som ønskes utformet i Si02~skiktet. Etsningen foretas så ved at Si02~skiktet med den påførte maske utsettes for et ioneknippe med en kinetisk energi som er større enn bindingsenergien mellom atomene i masken og mellom atomene i Si02-skiktet.

Når ionene kolliderer med Si02~skiktet og med masken, vil ionenes kinetiske energi overføres til atomene i Si02~skiktet og i den nevnte maske. Når denne energi er større enn bindingsener-

gien mellom atomene, vil disse forlate overflaten av Si0o-skiktet og av masken. Dette fenomen betegnes som katodisk pulverisering (se f.eks. G.K. Wehner Advancy in Electronics and Electron Physics, Marton, s. 239 (1955)) og fører til en erosjon av Si02-skiktet og maskens overflate som en funksjon bl.a. av typen av materiale som anvendes, typen av de innfallende ioner og innvirkningstiden

for ioneknippet.

Denne teknikk er nu i henhold til oppfinnelsen benyttet

på en spesiell måte for samtidig fremstilling av flere motstander med meget høye ohmske verdier pr. overflateenhet, som er ulike for så mange av motstandene som det måtte ønskes.

Dette oppnåes ved at der er tilveiebragt en fremgangsmåte ved fremstilling av elektrisk motstander ut fra en tynn folie

av et metall eller en metallegering som er festet på et isolerende underlag, hvor det på folien påføres en ved hjelp av en fotolitografisk prosess fremstilt maske med åpninger hvis kanter overensstemmer med konturene av den elektriske motstandskrets som skal utformes i folien, og kretsen etses frem ved at aggregatet bestående av masken, folien og underlaget anbringes i en strøm av ioner med en bevegelsesenergi som er større enn bindingsenergien mellom atomene i masken og mellom atomene i folien. Det karakteristiske ved fremgangsmåten består i at der anvendes

flere folier med samme tykkelse, at der på de forskjellige

folier anbringes masker med identiske konturer men hvis tykkelse er bestemt som funksjon av den mengde metall som skal fjernes fra folien, og at hver folie og maske utsettes for innvirkning av den samme ionestrøm i det minste inntil masken og metallet i folien rett overfor åpningene i masken er fjernet, hvorved der i én enkelt operasjon erholdes motstander med forhåndsbestemte, ulike ohmske motstandsverdier.

Forsøk har vist at den foreliggende fremgangsmåte.gjør

det mulig å oppnå en meget fin gravering og dermed motstander med høy ohmsk verdi pr. overflateenhet (1-1,5 Mfl/cm ) samtidig med en meget lav avvikelse ved fremstilling i store serier.

Masken utgjøres fortrinnsvis av en fotoømfintlig film på basis av orthokinon-diazid, og folien som skal graveres, er fortrinnsvis av en nikkel/kromlegering.

Den nevnte type av fotoømfintlig film anvendes for tiden for fotografering. Legeringer av nikkel og krom byr på den fordel at de har en meget lav temperaturkoeffisient, og dette gjør det mulig å erholdte motstander med elektriske egenskaper som varierer lite med temperaturen. Dessuten er forholdet mellom erosjonshastigheten for den nevnte film og erosjonshastigheten for den nevnte nikkel/kromlegering spesielt godt egnet for utførelse av den foreliggende fremgangsmåte.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 skjematisk viser et tverrsnitt i forstørret målestokk gjennom en metallfolie anbragt på et bærermatermateriale,

fig. 2 viser et snitt av en maske påført på metallfolien ifølge fig.l,

fig. 3 er et grunnriss sett ovenfra av masken påført på metallfolien ifølge fig. 1 og 2,

fig. 4 viser skjematisk en anordning for fremstilling av

et ioneknippe for utførelse av den foreliggende fremgangsmåte,

fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom metallfolien festet på bærermaterialet efter at den foreliggende fremgangsmåte er blitt ut-ført,

fig. 6 viser skjematisk utviklingen som en funksjon av tiden for graveringen av masken og metallfolien ved utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte.

Det fremgår av fig. 1 at en folie 1 av metall eller en metall-legering er påført på et isolerende bærermateriale 2, f.eks. et keramisk materiale, ved hjelp av et klebemiddellag 3.

For utførelsen av den foreliggende fremgangsmåte har folien

1 en tykkelse tilsvarende noen mikrometer. Folien 1 kan likeledes være direkte påført på bærermaterialet 2 i form av en tynn film erholdt ved kjemisk eller elektrokjemisk avsetning eller ved på-dampning under vakuum.

I det første trinn av den foreliggende fremgangsmåte påføres på folien 1 en maske 4 med furer 5 (se fig. 2 og 3) med kanter 6 som overensstemmer med konturen for den elektriske motstandskrets som skal graveres på folien 1.

Den nevnte krets graveres ifølge oppfinnelsen ved å anbringe den sammenstilte gjenstand av masken 4, folien 1 og bærermaterialet 2 i et ioneknippe med en' kinetisk energi som er større enn bindingsenergien mellom atomene som utgjør masken 4 og folien 1 av metall eller metallegering.

Den foreliggende graveringsmetode kan utføres f.eks. ved anvendelse av anordningen ifølge fig. 4. Denne anordning omfatter et hus 7 som via ledningen 8 står i forbindelse med en vakuumpum<p>e (ikke vist) som er istand til å gi et vakuum av ca. 5 x 10 -7 mm Hg.

Anordningen omfatter dessuten et ioniseringskammer og et akselerasjonskammer 10 for knippet av ioner 9. Kammeret 10 er av den type som er beskrevet av Kaufman og Reader i ARS Electrostatic Propulsion Conf. Monterey, col. 960, Report No. 1374. Ioniserings-gassen utgjøres ved dette eksempel av argon som innføres.via røret 10a og som ioniseres i et homogent magnetfelt på noen titalls Gauss erholdt ved hjelp av en induksjons spole 11, mellom en sylindrisk anode 12 og et elektronavgivende filament 12a.

Ved den foreliggende fremgangsmåte utgjøres knippet av ioner 9 fortrinnsvis av positive argonioner med en kinetisk energi av 1-2 keV og en tetthet for ionestrømmen av 0,5-5 mA/cm . Huset 7 som befinner seg under vakuum, inneholder en støtte 13 med en overflate 13a som er utsatt for knippet av ioner 9 og er perpendikulært an-ordnet i forhold til dette og som kan motta én eller flere folier 1 som skal graveres.

Ifølge det viste eksempel er støtten 13 montert slik at den kan rotere rundt knippets 9 akse. Denne rotering gjør det mulig å sikre en jevn gravering av metallfolien eller -foliene 1 som er utsatt for knippet av ioner 9.

Ifølge dette eksempel er dessuten støttens 13 indre gjennom-strømmet av en kjølevæske 14 for avkjøling av støtten 13.

Virkningen av ionene i knippet 9 på overflaten av masken 4 og folien 1 som er utsatt for disse ioner, fører til en løsrivelse av atomene slik at det fås en erosjon av masken 4 og folien 1.

Ved den foreliggende fremgangsmåte oppviser masken 4,når den påvirkes av knippet av ioner 9, en større erosjonshastighet enn erosjonshastigheten for materialet som utgjør folien 1 som skal graveres.

Masken 4 -utgjøres fortrinnsvis av en fotoømfintlig film av typen "photoresist" som utgjøres av en blanding av derivater av orthokinon-diazid (f.eks. sulfoklorid av 2,1-naphtokinon, 5-diazid, se US patentskrift nr. 3046120) og fenol/formaldehydharpiks.

Når den påvirkes av et knippe av ioner A<+> med en energi tilsvarende 1 keV og en strømtetthet av 0,5-0,6 mA/cm <2>, utsettes masken 4 av det ovennevnte materiale for en erosjon med on hastighet av 4,5 Å/s. Denne erosjonshastighet er større enn erosjonshastigheten for de metaller eller legeringer som folien 1 kan bestå av. Når denne består av f.eks. en legering av Ni 80%) og Cr (20%), er erosjonshastigheten lik 2,7 Å/s under de ovennevnte betingelser.

Ifølge den foreliggende fremgangsmåte utsettes masken 4 og folien 1 for innvirkning av ioneknippet 9 i det minste inntil masken 4 og metallet like overfor furene 5 i masken 4 er blitt fjernet. Dette er mulig på grunn av at maskens 4 erosjonshastighet er større enn erosjonshastigheten for folien 1. På denne måte unngås det å måtte fjerne masken 4 i et eget trinn.

Innvirkningen av ioneknippet 9 fortsettes fortrinnsvis efter at masken 4 er blitt fjernet og inntil den graverte folie 1 har den ønskede ohmske motstand.

På fig. 5 er vist resultatet av graveringen med ioneknippet

9. Masken 4 er blitt fullstendig fjernet, og tilbake er metall-filamenter la med avrundede kanter og adskilt av furer 15 med en største bredde 1^ som er større enn den opprinnelige bredde 1Q

for furene 5 i masken 4.

På fig. 6 er vist utviklingen av erosjonen av masken 4 og metallfolien 1 som funksjon av tiden, under innvirkning av ioneknippet 9 .

Eksempel

Maskens 4 tykkelse e1: 1,3 um

Foliens 1 (Ni-Cr) tykkelse e2: 2,5 um

Ioneknippe 9: A<+>, energi = 1 keV

Strøtetthet = 0,6 mA/cm<2>.

Linjene A, B, C, D som er vist på Fig. 6, angir erosjons-fronten etter de tider som er angitt i den nedenstående tabell:

TABELL I

linjer tid (sek.)

A 676

B 1000

C 2955 (tx)

D 5000

E 9200 (t2)

t^ = den nødvendige tid for fullstendig å fjerne masken 4 t2 = den nødvendige tid for erholdelse av en fullstendig gravering av folien 1, dvs. for fullstendig å fjerne metallet like overfor de opprinnelige furer 5 i masken 4.

Etter tiden t2 har de erholdte filamenter la av metallet en tykkelse e^ som tilsvarer ca. 1 pm.

I tabellen nedenfor er de ovenfor angitte verdier for e^, <t>^, t2 og e^ oppført sammen med verdiene for t-^, t2 og e^ erholdt under de samme betingelser men ved anvendelse av masker 4 med opprinnelig tykkelse e på henholdsvis 2 og 3 um.

TABELL II

Tykkelse e1 t t- Tykkelse e_ av

av masken <4> i ^ \ t , \ ^ ■ -, ^ -,

( sek .) ( sek .) filamentene la

1,3 um 2955 9200 1,0 pm 2 jam 4545 9200 1,5 pm

3 jam 6818 9200 1,9 pm

Det fremgår av ovenstående tabell II at når det anvendes masker 4 med økende tykkelse , fåes ved slutten av tiden t2 filamenter la med øket tykkelse. Dette viser at samtidig fremstilling av motstander med ulike, forutbestemte ohmske verdier er mulig ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Det fremgår av den ovenstående beskrivelse at den foreliggende fremgangsmåte kan anvendes for fremstilling av en rekke motstander med forskjellige ohmske verdier uten å forandre på andre parametere ved fremgangsmåten enn maskens 4 tykkelse. Motstandene adskiller seg fra de ved tidligere kjente fremgangsmåter fremstilte motstander ved at metallfilamentene la (se fig. 5) har en tverrsnittsprofil som er avrundet og konveks, idet konveksiteten er vendt mot motstandens ytre.

Forsøk har vist at slike motstander har ohmske verdier pr. overflateenhet som er langt høyere enn de motstander som kan erholdes ved de tidligere anvendte graveringsprosesser. Dette re-sultat kan delvis forklares ved at furene 15 erholdt ved avslut-ningen av ionebombardementet er større enn de opprinnelige furer 5 i masken, og på den annen side ved at tverrsnittet av filamentene la har en avrundet og konveks profil.

Fremgangsmåten kan utføres meget hurtig, og flere hundrede motstander kan samtidig utsettes for innvirkning av ioneknippet

9, og varigheten for å oppnå fullstendig gravering er ikke lenger enn noen timer. Den kan utføres på en enkel måte, fordi den bare omfatter et meget lite antall trinn, og den kan anvendes for gravering av et langt større antall metaller eller legeringer

enn de kjente fremgangsmåter basert på kjemisk eller, elektrokjemisk angrep. Dette gjør det mulig å anvende den foreliggende fremgangsmåte for fremstilling av et bredt spektrum av motstander.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av elektriske motstander ut fra en tynn folie av et metall eller en metallegering som er festet på et isolerende underlag, hvor det på folien påføres en ved hjelp av en fotolitografisk prosess fremstilt maske med åpninger hvis kanter overensstemmer med konturene av den elektriske motstandskrets som skal utformes i folien, og kretsen etses frem ved at aggregatet bestående av masken, folien og underlaqet anbringes,i en strøm av ioner med en bevegelsesenergi som er større enn bindingsenergien mellom atomene i masken og mellom atomene i folien, karakterisert ved at der anvendes flere folier med samme tykkelse, at der på de forskjellige folier anbringes masker med identiske konturer men hvis tykkelse er bestemt som funksjon av den mengde metall som skal fjernes fra hver folie, og at hver folie og maske utsettes for innvirkning av den samme ionestrøm i det minste inntil masken og metallet i folien rett overfor åpningene i masken er fjernet, hvorved der i én enkelt operasjon erholdes motstander med forhåndsbestemte ulike ohmske motstandsverdier.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at ionestrømmen opprettholdes etter av maskene er eliminert, inntil det er oppnådd motstander med de ønskede ohmske motstandsverdier.