DE1211721B - Verfahren und Vorrichtung zum AEndern der Dicke von Festkoerpern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIl

Deutschem.: 21g-11/02

Nummer: 1211 721

Aktenzeichen: P 25085 VIII c/21;

Anmeldetag: 27. Mai 1960

Auslegetag: 3. März 1966

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anders) der Dicke von Festkörpern, insbesondere zur kontrollierton Dickenänderung der Basiszone der Halbleiterkörper von Transistoren.

Der im Hinblick auf eine weitere Kostensenkung der Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise Transistoren, erwünschten Anwendung von Massenherstellungs- und Automationsverfahren steht immer noch die beim Zusammenbau und der Herstellung derartiger Halbleiteranordnungen für bestimmte Verfahrensschritte erforderliche außerordentlich hohe Genauigkeit zusammen mit den häufig mikroskopischen Abmessungen hindernd entgegen.

So ist beispielsweise bei der Herstellung bestimmter Transistortypen die Dickenkontrolle der Basiszone ein besonders kritischer Verfahrensschritt. Bei der Herstellung von Hochfrequenztransistoren für einen Frequenzbereich von beispielsweise etwa 60 bis 100 MHz hat man bisher die Basisdicke mit gutem Erfolg mit großer Genauigkeit in der Weise kontrolliert, daß man das Halbleiterwerkstück im Strahlätzverfahren mit einer Zeitdauer behandelt hat, welche von der Lichtdurchlässigkeit des Basisbereiches bestimmt wird. Bei diesem Verfahren wird ein Strahl eines Ätzmittels gegen einen vorgegebenen Bereich des Transistorwerkstückes gerichtet, während gleichzeitig der geätzte Bereich mit Infrarot- oder sichtbarer Lichtstrahlung aus einer geeigneten Strahlungsquelle durchstrahlt wird. Auf der anderen, der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Werkstückes angeordnete strahlungsempfindliclie Detektoren liefern ein Signal an Steuerschaltimgen für die Ätzdauer, derart, daß der Ätzstrahl abgeschaltet wird, sobald eine vorgegebene Strahlungsmenge durch den Bereich hindurchgelassen wird, wobei die durchgclassene Slralihrngsmenge eine bekannte Funktion der Dicke des Basismaterials darstellt. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind in den USA.-Patentschriften 2 875 140 und" 2 875 141 beschrieben.

Derartige Basisdicken-Kontrollverfahren auf Grund der Stnthlungsdurchlässigkeit haben sich bei der Herstellung von Transistoren, welche einen äußerst geringen Emitter-Kollektor-Abstand, d. h. äußerst geringe Basisdicken in der Größenordnung von beispielsweise 0,008 mm erfordern, als zweckmäßig erwiesen. Zur Herstellung von Transistoren, die für Betrieb in etwas niedrigeren Frequenzbereichen vorgesehen sind, sind diese Dickenkontrollverfahren jedoch nicht ebensogut geeignet. Derartige Transistoren können Basisdicken in der Größenordnung von beispielsweise etwa 0,010 mm haben, so daß zu Verfahren und Vorrichtung zum Ändern der
Dicke von Festkörpern

Anmelder:

Philco Corporation,

eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates

Delaware, Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:
Donald Edmund Kelley, Glenside, Pa.;
Willard Howard Moll, Lansdale, Pa.;
Stuart Louis Parsons, Gwynedd Valley, Pa.;
Gerald Francis Pascale, Norristown, Pa.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 26. Mai 1959 (815 938)

wenig Strahlung durchgelassen wird, um dieses Verfahren zweckmäßig anzuwenden.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Verfahren zur kontrollierbaren Dickenänderung von Fettsäuren geschaffen werden, das nicht auf der Strahlungsdurchlässigkeit des Festkörpers beruht.

In diesem Zusammenhang ist es an sich bereits bekannt, eine zur Dickenänderung an einem Festkörper vorgenommene Bearbeitung in Abhängigkeit von einer elektrischen Größe zu steuern, die eise Funktion der anfänglichen Dicke ist.

So ist es beispielsweise bei einem Verfahren zur Regelung der kontinuierlichen Dickenbearbeitung von kontinuierlich durchlaufendem Festkörpergut in Form eines Drahtes bereits bekannt, an einer vor der Bearbeitungsstelle liegenden Stelle an dem durchlaufenden Draht eine elektrische Größe zu messen, deren Beirag in einem funktionalen Zusammenhang mit der Dicke, d. h. mit dem Durchmesser des Drahtes steht, und in Abhängigkeit von dieser elektrischen Größe die kontinuierlich vor sich gehende Dickenbearbeitung des Drahtes so zu steuern, daß im Mittel der

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Drahtradius auf einen vorgegebenen Sollwert gebracht wird.

Ganz abgesehen davon, daß das bekannte Verfahren insofern von der Natur des Festkörpers abhängig ist, als dessen anfängliche Dicke nicht direkt, sondern auf dem Umweg über eine elektrische Größe, welche in einem funktionalen Zusammenhang mit der Dicke steht, bestimmt wird, ist das bekannte Verfahren, das die Regelung einer kontinuierlichen Dickenbearbeitung an einem kontinuierlich laufenden Festkörpergut betrifft, für die Bearbeitung von diskreten einzelnen Festkörpern ersichtlich nicht geeignet.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Ändern der Dicke von Festkörpern, insbesondere der Basiszone der Halbleiterkörper von Transistoren, bei dem eine zur Dickenänderung an dem Festkörper vorgenommene Bearbeitung in Abhängigkeit von einer elektrischen Größe gesteuert wird, die eine Funktion der anfänglichen Dicke ist. Das Verfahren soll von der Natur der Festkörper grundsätzlich unabhängig und insbesondere auf die serienmäßige Bearbeitung von einzelnen, diskret aufeinanderfolgenden Festkörpern geeignet sein.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zunächst die anfängliche Dicke jedes Festkörpers an der Bearbeitungsstelle durch mechanisches Abtasten ermittelt und eine dieser anfänglichen Dicke entsprechende elektrische Größe gebildet wird, daß diese elektrische Größe gespeichert wird und daß das spätere Bearbeiten zur Dickenänderung des Festkörpers durch Vergleich dieses Speicherwertes mit einer der Solldicke des Festkörpers entsprechenden elektrischen Größe so gesteuert wird, daß bei Erreichung der Solldicke die Bearbeitung abgebrochen wird.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß als elektrische Größe zur Darstellung der durch Abgriff ermittelten anfänglichen Dicke eine dieser Dicke direkt proportionale Gleichspannung dient und daß die die anfängliche Dicke darstellende Gleichspannung kapazitiv in einer Kondensatoranordnung gespeichert wird, deren Entladungsdauer die Dauer der Dickenänderungsbearbeitung bestimmt.

Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht also auf dem Prinzip, die Dickenänderungsbearbeitung während einer bestimmten, durch eine gespeicherte elektrische Größe gegebenen Zeitdauer hindurch auf den Festkörper einwirken zu lassen, wobei die gespeicherte elektrische Größe ein Maß für die anfängliche Dicke darstellt. Für das Verfahren gemäß der Erfindung ist dabei wesentlich, daß die anfängliche Dicke in einer einzigen Messung vor der Dickenänderungsbearbeitung festgestellt wird, und zwar direkt durch mechanischen Abgriff, und daß diese direkt gemessene anfängliche Dicke in eine entsprechende elektrische Größe umgewandelt wird, die zur Steuerung für die im Anschluß daran vorgenommene Dickenänderung dient. Hierin liegt ein wesentlicher Unterschied gegenüber dem erwähnten bekannten Verfahren, bei welchem eine kontinuierliche Bearbeitung eines kontinuierlich durchlaufenden Drahtes durch kontinuierlich vorgenommene Messungen geregelt wird. Demgegenüber beruht die vorliegende Erfindung auf dem Prinzip: Einmalige Bestimmung der anfänglichen Dicke, daran anschließende zusammenhängende Bearbeitung, die durch eine der anfänglichen Dicke entsprechende und beliebig speicherbare elektrische Größe gesteuert wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist für Festkörper beliebiger Art, unabhängig von ihrer Form und ihrer stofflichen Zusammensetzung, geeignet, da die Bestimmung der anfänglichen Dicke des Festkörper auf mechanischem Wege mittels Abgriff bzw. Abtastung erfolgt.

Besonders vorteilhaft ist das Verfahren gemäß der Erfindung jedoch zur Anwendung bei der Dickenbearbeitung von Halbleiterkörpern für Halbleiteranordnungen, insbesondere für Transistoren. Dabei ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß zur serienmäßigen Ausübung an einzelnen, getrennt aufeinanderfolgenden Festkörpern, insbesondere Halbleiterkörpern bei der bandmäßigen Herstellung von Halbleiteranordnungen, die einzelnen Festkörper aufeinanderfolgend an einen ersten Behandlungsort, an welchem der Dickenabgriff vorgenommen wird, und anschließend an einen zweiten Behandlungsort, an welchem die Dickenänderungsbearbeitung erfolgt, gebracht werden.

Vorzugsweise wird dabei so vorgegangen, daß die anfängliche Dicke des bzw. der Festkörper größer als die vorgesehene Solldicke gewählt wird und die Dickenänderung im Wege der Dickenabtragung an der vorgegebenen Stelle des Festkörpers erfolgt; zur Dickenabtragung kann, wenn es sich um Halbleiterkörper handelt, vorteilhaft das an sich bekannte Verfahren der elektrolytischen Ätzung, insbesondere Strahlätzung Anwendung finden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß die einmalige Messung der anfänglichen Dicke und die in Abhängigkeit hiervon automatisch gesteuerte nachfolgende Bearbeitung prinzipiell in beliebigem zeitlichem Abstand voneinander vorgenommen werden können; dies hat den Vorteil, daß bei einzelnen, getrennten Festkörpern, für welche das Verfahren gemäß der Erfindung besonders geeignet ist, die den Bearbeitungsvorgang steuernde Messung einerseits und der Bearbeitungsvorgang als solcher andererseits auch örtlich voneinander getrennt werden können, beispielsweise in zwei aufeinanderfolgenden Anlagen längs eines Fabrikationsbandes bei der serienmäßigen Fertigung. Bei dem bekannten kontinuierlichen Regelverfahren ist eine derartige beliebige zeitliche Trennung nicht möglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Steuerung der Dickenbearbeitung durch eine Kontrolle der Dauer eines mit konstanter Dickenänderungsgeschwindigkeit verlaufenden Bearbeitungsvorgangs erfolgt. Hierbei kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß die Entladung der mit der Speicherspannung aufgeladenen Kondensatoranordnung gleichzeitig mit der Einschaltung der Dickenänderungsbearbeitung in Gang gesetzt wird und daß die Beendigung der Entladung die Abschaltung der Dickenänderungsbearbeitung bewirkt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Entladung der mit der Speicherspannung aufgeladenen Kondensatoranordnung gegen eine Gleichspannung entgegengesetzter Polarität erfolgt; durch diese Entladung gegen eine Gegenspannung wird eine genauere Bestimmung der Beendigung der Entladung erreicht.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Eine derartige Vorrichtung kennzeichnet sich durch eine Sondenvorrichtung zum mechanischen Abgriff der anfänglichen Dicke des vorgegebenen Bereichs an dem Festkörper,

durch eine mit den Sonden verbundene Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Größe, vorzugsweise einer Gleichspannung, welche dieser abgegriffenen anfänglichen Dicke entspricht, durch eine Vorrichtung zur Speicherung dieser elektrischen Größe, durch eine Vorrichtung, die bei Betätigung eine Dickenänderungsbearbeitung, vorzugsweise eine Dickenabtragung, an dem Festkörper bewirkt, durch eine Betätigungsvorrichtung für diese Bearbeitungsvorrichtung, durch eine auf den Wert der gespeicherten elektrischen Größe ansprechende Vorrichtung, welche die Bearbeitungsvorrichtung so lange in ihrem Betätigungszustand hält, als zur Änderung der Dicke von ihrem anfänglichen Wert auf den gewünschten Sollwert erforderlich ist, und sie danach abschaltet, sowie durch eine Vorrichtung, welche die Speichervorrichtung gleichzeitig mit der Einschaltung der Bearbeitungsvorrichtung mit der auf die elektrische Größe ansprechenden Vorrichtung verbindet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in dieser zeigt

F i g. 1 eine schematisierte, perspektivische Darstellung, aus welcher sich die Spannungsbildung und die Speicherungsvorgänge ergeben,

F i g. 2 eine schematisierte, perspektivische Darstellung desjenigen Verfahrensstadiums, in welchem die gespeicherte Spannung »abgelesen« und dementsprechend die Werkstückdicke verringert wird,

F i g. 3 ein Schaltschema der in der F i g. 2 dargestellten Steuerschaltung für die Ätzdauer,

F i g. 4 eine die Wirkungsweise der Schaltung nach der F i g. 3 erläuternde graphische Darstellung.

Wirkungsweise im Verfahrensstadium A

Die F i g. 1 bezieht sich auf den ersten Teil der Erfindung, der in einem ersten Verfahrensstadium, im folgenden »Stadium A« bezeichnet, ausgeführt wird. Hier wird eine Spannung, welche der Dicke jedes Halbleiterwerkstückes in einem vorgegebenen Basisbereich proportional ist, in der im folgenden geschilderten Weise gebildet und gespeichert.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft die Durchführung des Verfahrens in einer automatisierten Anlage, die im folgenden lediglich als Ausführungsbeispiel für typische Verhältnisse, in welchen die Erfindung sich als vorteilhaft erwiesen hat, beschrieben wird. Bei dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten System werden die Transistorwerkstücke automatisch von einer automatisch gesteuerten Herstellungs- und Bearbeitungsstufe in die nächste überführt, und zwar mittels einer Anzahl von »Trägern« nach Art des Trägers 11, der ein von Hand betätigtes Spannfutter 12 zur Halterung einer Lasche 14 aufweist, an welche ein Basiswerkstück 13, beispielsweise aus Germanium, angelötet ist. Das Werkstück 13 hat eine Dicke, die in den gewünschten Bereich von 0,09 bis 0,13 mm fällt. Der Träger 11 weist eine Nut 15 auf, mit welcher er längs einer Schiene oder Führung 16 gleitet, wenn er durch Vorrichtungen, beispielsweise nach Art eines Band- bzw. Gurtförderers 7 mit daran befindlichen Klauen 8 aus einer Arbeitstufe in die nächste überführt wird.

Selbstverständlich können andere Tranportvorrichtungen vorgesehen werden.

Sobald der Träger 11 zum Stadium A gelangt, betätigt er den Knopf eines herkömmlichen Schalters

18. Vor Betätigung des Schalters 18 drückt die Welle 20 des Motors 19, welche ovalen Querschnitt hat, die Sonden bzw. Meßfühler 21 α und 21 b in der voll ausgezogenen dargestellten Weise auseinander. Bei Betätigung des Schalters 18 wird die Welle 20 durch den Motor 19 um 90° verdreht, derart, daß die Meßsonden sich aufeinander zu bewegen und mit einem Bereich 17 (im folgenden als »master index« bezeichnet) an gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks 13 ίο Kontakt geben, wie strichpunktiert bei 21 d und 21 b' angedeutet. Mit der Betätigung des Schalters 18 wird auch die Ausrichtung des Turmes 29, wie weiter unten im einzelnen beschrieben, in Gang gesetzt.

Die Meßsonden 21a und 21b sind mit einer Schaltung 22 zur Umwandlung der gemessenen Dicke in eine Spannungsgröße verbunden; die Schaltung 22 kann in herkömmlicher Weise zur Erzeugung einer Spannung, welche dem Abstand der Enden der Meßsonden 21 α und 21 b voneinander entspricht, ausgebildet sein. Eine mit Erfolg verwendete Schaltung wird von den »Airborne Instrument Laboratories of Mineola, New York« unter der Bezeichnung »Microtrol Typ 160-Komperator-Gerät« (Teil Nr. 6229-10) hergestellt und weist eine Differential-Meßapparatur (6229-84) mit zwei besonders aufeinander abgestimmten, reibungslosen Meßsonden (6229-21) auf. Kurz gesagt, weist dieses Gerät zwei Differential-Transformatoren mit Primär- und Sekundärwicklungen auf. Eine der Wicklungen ist mit einem Generator, der eine Schwingung mit beispielsweise 5 kHz erzeugt, verbunden, während die andere Wicklung mit einem Wechselstromverstärker verbunden ist. Mit jeder Sonde ist ein Kern gekuppelt, der je nach der Ab- bzw. Aufwärtsbewegung der Sonde die Kopplung der 5-kHz-Signalschwingung von der mit dem Generator verbundenen Wicklung zu der mit dem Wechselstromverstärker verbundenen Wicklung beeinflußt, derart, daß die demzufolge in der letztgenannten Wicklung induzierte 5-kHz-Schwingung eine entsprechende Amplitude und Phasenlage besitzt. Diese induzierte Schwingung wird in dem angekoppelten Wechselstromverstärker verstärkt und sodann mit der den Primärwicklungen zugeführten 5 - kHz - Signalschwingung synchron - gleichgerichtet. Die synchron-gleichrichtete Ausgangs-Gleichstrom-Welle des der Sonde 21 α zugeordneten Verstärkers wird sodann algebraisch mit ihrem von dem der Sonde 21 b zugeordneten Verstärker gelief erten Gegenstück unter Bildung eines kombinierten Gleichstromausgangssignals kombiniert.

Die Differential-Transformatoren sind so eingestellt, daß bei einer Dicke des Werkstückes im Bereich des »master index« von genau 0,1 mm das kombinierte Gleichstromsignal den Wert Null hat; ist die Dicke größer oder kleiner als 0,1 mm, so wird das kombinierte Signal entsprechend positiv bzw. negativ und seine Amplitude stellt eine Anzeige des Maßes der Abweichung dar. Die Empfindlichkeit der Umwandlungsschaltung 22 kann beispielsweise in der Größenordnung von 2Va Volt je 0,025 mm betragen. Die Schaltung 22 weist ferner vorzugsweise einen Schalter zur Öffnung des Eingangskreises für den Kondensator 28 nach dessen Aufladung auf.

Wie erwähnt, liefert die von der Schaltung 22 erzeugte kombinierte Spannung eine Anzeige für die

Abweichung von einer Norm-Dicke (0,1 mm), nicht jedoch für eine absolute Größe. Es muß daher auch

eine die Normgröße selbst anzeigende Bezugs-

spannung gebildet werden, die bei Kombination mit dem die Abweichung wiedergebenden Signal der Schaltung 22 eine die jeweilige tatsächliche Dicke des vermessenen Bereiches darstellende Spannung liefert. Diese Bezugsspannung wird von der in Reihe mit dem Ausgang der Schaltung 22 liegenden Gleichstromquelle 23 geliefert. Die Stromquelle 23 ist so eingestellt, daß sie einen der Bezugsdicke von 0,1 mm entpsrechenden Gleichspannungsbezugspegel liefert. Diese Gleichspannungsbezugsgröße und das die Abweichung darstellende Gleichspannungssignal werden somit addiert. Eine für diesen Zweck geeignete, im Handel erhältliche Gleichstromquelle stellt beispielsweise das von der »Electronics Measurements Corporation« hergestellte Netzgerät Modell 212 AM C-D dar; es können aber auch andere hochwertige Gleichstromquellen hierfür Verwendung finden. Die kombinierten Gleichstromsignale treten an den Ausgangsklemmen 24, 25 auf.

Gemäß der Erfindung wird die Dicke des Meßbereichs (»master index«) darstellende Spannung, nachdem sie in der vorstehend erläuterten Weise gebildet ist, zur Verwendung in einem späteren Stadium des Bearbeitungsverfahrens gespeichert. Daher wird, während die Vermessung des Werkstücks 13 mit den Meßsonden stattfindet, ein Speicherturm 29 mit Kondensatoren 28 und 28 α zur Aufnahme der gebildeten Spannung aus der Quelle 23 in Stellung gebracht. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, daß der Schalter 18 gleichzeitig mit der Auslösung der Meßsonden zur Ausführung ihrer Bewegung aufeinander zu eine schematisch bei 10 angedeutete Dreh-Steuer-Vorrichtung betätigt. Die Vorrichtung 10 hat den Zweck, eine fest mit dem Turm 29 verbundene Welle 9 so zu verdrehen, daß die Anschlußklemmen 26 und 27 des in dem Turm angeordneten Kondensators 28 Kontakt mit den Klemmen 24 und 25 geben. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise irgendeinen schrittweise arbeitenden Antrieb herkömmlicher Ausführung solcher Art aufweisen, daß der Turm 29 um 180° in seine

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nächste vorgegebene Stellung gedreht wird, wobei Sperrklinken, Zähne und andere gleichartig wirkende Elemente verwendet werden können. Man erkennt, daß in der Stellung, bei welcher die Klemmen 26,27 mit den Klemmen 24, 25 verbunden sind, gleichzeitig die Klemmen eines auf der gegenüberliegenden Seite des Turmes 29 angeordneten Kondensator 28 a mit den Eingangsklemmen 62, 63 der Steuerschaltung 30 für die Ätzdauer Kontakt geben. Da, wie erwähnt, bei Betätigung des Schalters 18 der Turm 29 zu einer Drehbewegung in die in der Fi g. 1 gezeigte Stellung veranlaßt wird, befindet er sich in Bereitschaft zur Abnahme der kombinierten Gleichspannung von den Schaltungen 22 und 23 über die Klemmen 24, 25. Für die Kondensatoren 28 und 28 α werden vorzugsweise hochwertige Präzisionskondensatoren, wie beispielsweise die von der Condenser Products Company unter der Bezeichnung »Glassmikes« hergestellten, verwendet. Mit der Aufladung des Kondensators 28 ist das Stadium A des Verfahrens beendet.

in der F i g. 2 dargestellte und als »Stadium B« bezeichnete Verfahrensstadium ist dasjenige, in welchem die gespeicherte Gleichspannung abgelesen wird und dabei die Dauer der nun folgenden Ätzbehandlung des Basisbereichs und damit die Dicke der Basis gemäß der Erfindung steuert.

Sobald der Träger 11 längs der Führung 16 in die Vorrichtung »B« gelangt ist, betätigt er den Druckknopf eines Schalters 41, welcher den Drehantrieb 10 auslöst, derart, daß der Turm 29 um 180° gedreht wird und die Klemmen 26, 27 des Kondensators 28 jetzt mit den Anschlußkontakten 62, 63 eines Relais 37 verbunden sind. Gleichzeitig setzt der Schalter 41 die Steuerschaltung 30 für die Ätzdauer in Gang, die ihrerseits eine Stromquelle 31 zur Speisung einer Glühlampe 32 einschaltet und gleichzeitig das beispielsweise elektromagnetisch gesteuerte Ventil 33 öffnet, so daß ein flüssiges Ätzmittel aus dem Ätzmittelbehälter 34 in Form eines aus der Düse 35 austretenden Flüssigkeitsstrahles gegen den Kontrollbereich (»master index«) 17 des Werkstückes 13 gerichtet wird. Die Ätzung setzt jedoch damit noch nicht unmittelbar ein, da der erforderliche Ätzstrom noch fehlt. Nach einer kurzen Verzögerung schaltet die Steuerschaltung 30 die zwischen der Düse 35 und dem an Masse liegenden Werkstück 13 angeschlossene Ätzstromquelle 36 ein. Im gleichen Zeitpunkt veranlaßt die Steuerschaltung 30 die Erregung der Wicklung 61 des Relais 37, wodurch die beiden Anker 38 und 39 des Relais mit den Kontakten 62, 63 verbunden werden, die zu dieser Zeit in Kontakt mit den Klemmen 26, 27 des Kondensators 28 stehen, wie oben erläutert wurde.

Sobald der Kondensator 28 in dieser Weise angeschlossen ist, beginnt seine Entladung durch die Schaltung 30; sobald er vollständig entladen ist, schaltet die Schaltung 30 den Ätzstrahl, das Licht und den Ätzsirom ab, wie weiter unten an Hand der F i g. 3 noch im einzelnen beschrieben wird. Da die Ätzdauer eine Funktion der Entladungszeit, und diese ihrerseits eine Funktion der gemessenen Dicke des Werkstückes 13 sind, wird das Werkstück 13 nach Beendigung der Bearbeitung im Verfahrensstadium B einen geätzten Basisbereich mit der gewünschten Dicke aufweisen.

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Die Verfahrensschritte, Stadium B

Sobald der Kondensator 28 an den Klemmen 24, 25 durch die kombinierten Spannungen aufgeladen ist, wird der Eingangskreis des Kondensators 28, wie bereits erwähnt, geöffnet und der Träger 11 längs der Führung 16 durch das Förderband 7 in die darauffolgende Bearbeitungsanlage befördert. Dieses nächste, Wirkungsweise der Steuerschaltung 30 für die Ätzdauer

Die F i g. 3 zeigt das Schaltschema einer Schaltung, die als Steuerschaltung 30 für die Ätzdauer ausgezeichnete Ergebnisse geliefert hat. Selbstverständlich sind mannigfache andere Schaltungen denkbar, die ebenfalls zur genauen Steuerung der Ätzdauer als Funktion der Entladungszeit des Kondensators dienen können.

Sobald der Träger 11 kurzzeitig den Schalter betätigt, wird die Wicklung des Startrelais 42 kurzzeitig mit Gleichstrom aus der Gleichstromquelle erregt. Das Relais 42 schließt kurzzeitig, worauf Wechselstrom aus der Wechselstromquelle 44 durch die Wicklung 45 des Ätzstrahl-Steuerungsrelais fließt. Demzufolge geben die Anker 47, 48 des Relais 46 Kontakt mit den Kontakten 49, 50. Obwohl der Schalter 41 nur kurzzeitig vorübergehend betätigt wurde, v/ird durch Schließen des Relais 46 ein Wechselstromweg durch die Wicklung 45, den Anker 47, der mit dem Kontakt 49 Kontakt gibt, durch den

Anker 70 (in seiner »Normak-Stellung gezeigt) eines gepolten Relais 75 und schließlich die »heiße« Seite der Wechselstromquelle 44 geschlossen. Sobald daher der Anker 47 mit dem Kontakt 49 Kontakt gibt, wird die Wechselstromquelle 44 weiterhin ständig die Wicklung 45 erregen, so daß das Relais 46 geschlossen bleibt. Daher wird Wechselstrom aus der Wechselstromquelle 44 weiterhin auch durch das gepolte Relais 75 und den Anker 47 sowie die Spule 52 fließen, die einen Teil des Strahlventils 33 darstellt. Das Ventil 33 wird daher geöffnet, wodurch das Ätzmittel durch die Düse 35 auf den Kontrollbereich (»master index«) 17 des Transistorwerkstückes 13 in der beschriebenen Weise fließen kann.

Weiter bewirkt das Schließen des Relais 46, daß ein stetiger Gleichstrom durch die Wicklung 79 sowie durch die Wicklung 52 fließt, da diese parallel zueinander liegen. Daher schließt das Lichtsteuerungsrelais 80, das die Leistung der Stromquelle 31 zur Erleuchtung der Glühlampe 32 einschaltet.

Das Schließen des Verriegelungsrelais 46 hat auch noch eine dritte, allerdings verzögerte Wirkung, nämlich die Betätigung der in der F i g. 3 gezeigten Ätzstromquelle 36. Sobald der Anker 48 den Kontakt 50 berührt, fließt Gleichstrom aus der Gleichstromquelle 43 über eine Verzögerungsschaltung, welche einen Präzisionswiderstand R1 und einen Kondensator Cl aufweist, durch die Wicklung 54 des Ätzstromverzögerungsrelais 53. Das Relais 53 schließt somit kurz nach dem Schließen des Verriegelungsrelais 46, worauf der Wicklung 57 Wechselstrom aus der Wechselstromquelle 44 über das gepolte Relais 75, den Anker 47 und den Anker 55 des geschlossenen Relais 53 zugeführt wird; dadurch schließt das Relais 58, und zwischen der Düse 35 und dem an der Schiene 16 an Masse liegenden Träger 11 wird der Ätzstrom aus der Ätzstromquelle 36 eingeschaltet. Mit Einschaltung dieses Stromes beginnt die tatsächliche Ätzung des Werkstückes 13. Sobald das Relais 58 schließt, schließt auch das Relais 37, da sie parallel zueinander liegen, derart, daß die Klemmen 26. 27 des Speicherkondensators 28 an den Eingang der Steuerschaltung 30 für die Ätzdauer umgeschaltet werden. Diese Schaltung 33 weist eine Teilschaltung auf, die man als »Ablese«-Schaltung bezeichnen kann. Diese Teilschaltung ist in dem gestrichelten Reckteck 60 dargestellt; sie dient zur Überwachung der Entladung des Kondensators 28 und bestimmt, wie lange die Strahlätzung des Werkstückes 13 andauern soll.

Die Schaltung 60 weist einen zweistufigen, direkt gekoppelten Verstärker zum Antrieb eines polarisierten Relais 75 auf, das, wie weiter unten noch beschrieben wird, so eingestellt ist, daß sein Anker 70 normalerweise Kontakt mit dem Kontakt 77 gibt. In dieser Stellung kann der Spule 45 dauernd Wechselstrom zugeführt werden, um die Verriegelungswirkung des Relais 46 auch nach Öffnen des Schalters 41 aufrechterhalten. Ferner kann, solange das Relais 75 schließt, den Wicklungen 52 und 79 Wechselstrom zugeführt werden, wie bereits beschrieben. Sobald das Relais 75 jedoch öffnet, ist das Relais 46 entriegelt, da der Spule 45 kein Wechselstrom mehr zugeführt wird. Beim Öffnen des Relais 46 werden der Ätzstrahl mittels der elektromagnetischen Steuerung 52, der Ätzstrom durch Öffnen des Relais 53 und die Lichtquelle 35 durch Öffnen des Relais 80 der Lichtstromquelle abgeschaltet. Während also somit der Beginn der Ätzwirkung mit einer kurzen Verzögerung durch die Btätigung des Schalters 41 ausgelöst wird, erfolgt die Beendigung der Ätzwirkung durch die Ablese-Schaltung 60 im Zusammenwirken mit dem Kondensator 28. Im folgenden soll nun die Wirkungsweise der Schaltung 60 im einzelnen beschrieben werden.

Bei geöffnetem Relais 37 sind die Anker 38 und 39 und damit die Gitter 66 und 67 kurzgeschlossen. In

ίο diesem Zustand werden Vl und V 2 in gleicher Weise von Strom durchflossen, so daß sich ihre Anoden 68 und 69 und die mit diesen direkt gekoppelten Gitter 71 und 72 auf dem gleichen Potential befinden. Die Kathoden der Röhren V 3 und V 4 sind mit entsprechenden Lastwiderständen 82, 83 und einem gemeinsamen Widerstand 73 mit an Masse liegender Mittelanzapfung verbunden; der Lastwiderstand 83 ist als Potentiometer mit Abgriff 76 ausgebildet. Über dem Widerstand 73 liegt die Spule 74

ao des gepolten Relais 75.

In der Stellung des Abgriffes 76 an der Verbindungsstelle des Potentiometers 83 mit dem Widerstand 73 haben die Widerstände 82 und 83 den gleichen Widerstandswert, so daß entgegengesetzt gleiche Ströme durch den Widerstand 73 und die Wicklung 74 fließen und der Anker 70 in der gestrichelt angedeuteten »Öffnungs«-Stellung liegen würde. Der Abgriff 76 wird jedoch zu Anfang auf einen größeren Stromfluß durch die Röhre V 3 eingestellt, derart, daß der Anker 70 Kontakt mit dem Kontakt 77 gibt, wie in der Zeichnung dargestellt.

Sobald die Klemmen 26, 27 des Kondensators 28 durch Schließen des Relais 37 in die Schaltung 60 eingeschaltet werden, ist der Kondensator 28 mit den Steuergittern der beiden Verstärkerröhren Vl und V 2 verbunden. Nimmt man an, daß die Klemme 26 negativ, die Klemme 27 positiv ist, so wird die Ladung des Kondensators 28 in Richtung auf B + abzufließen beginnen. Die Dauer der Entladungszeit wird in erster Linie durch die Größe der gespeicherten Ladung, die Kapazität des Kondensators 28 sowie durch den Wert des Präzisionswiderstandes R 2 und in wesentlich geringerem Grade durch den Widerstand des Potentiometers 65 zwischen dem Abgriff und der B + -Klemme und die Spannung am Abgriff bestimmt. Der Entladungsstrom wird zunächst bewirken, daß das Potential des Gitters 66 negativ und entsprechend die Anode 68 positiv wird. Infolge der Gleichstromkopplung zwischen den Röhren Vl und V 2 bzw V 3 und V 4 wird das Gitter 71 entsprechend positiver werden und der Stromfluß durch V 3 zunehmen. Der Netto-Stromfluß durch die Wicklung 74 wird daher weiterhin die gleiche Richtung haben, so daß das Relais 75 geschlossen bleibt.

Nach völliger Entladung des Kondensators 28 liegt an beiden Gittern das gleiche Potential, nämlich Null; demzufolge wird der Stromfluß durch die Röhren Vl und V 2, wie im Fall kurzgeschlossener Gitter 66, 67, gleich sein und das Relais 75 weiterhin geschlossen bleiben.

Sobald jedoch die B+-Stromquelle gerade den Kondensator 28 in entgegengesetzter Richtung aufzuladen beginnt, nimmt der Stromfluß durch Vl in der Amplitude gegenüber dem durch V2 zu; entsprechend wird der Strom in F 2 kleiner als in V 4, mit der Folge, daß der Netto-Stromfluß der Kathodenströme durch die Wicklung 74 sich umkehrt und der Anker 70 nicht mehr den Kontakt 77 berührt, worauf das

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Relais·46 geöffnet und das Strahlätzverfahren zum· Stillstand kommt. ·" ·

Die Fig. 4 zeigt eine' graphische' Darstellung zur Erläuterung, warum eine Schaltung nach der in def Fig.3 gezeigten verwendet wurde, bei welcher d'eF Kondensator sich auf eine positive Spannung entlädt, statt einer Schaltung, bei welcher der Kondensator sich auf Null entlädt. Bei einer Schaltung der letztgenannten Art würde die Ladung des Speicher-' kondensators in der durch die gestrichelte Kurve 85 to angedeuteten Weise abnehmen. Man erkennt,-daß die Neigang dieser Kurve in der Nähe der Nullinie äußerst gering ist, so daß der Punkt, in welchem sie Null erreicht, nahezu unbestimmbar wird. Entlädt man demgegenüber die gespeicherte Ladung auf eine positive Spannung, wie · durch die vollausgezogene Linie 86 dargestellt ist, so ergibt sich ein deutlich und klar bestimmter Schnittpunkt mit der Nullinie. Die Kurve 87 veranschaulicht, wie sich eine niedrigere Ladungsspannung auf den Anfangspunkt der Ent- ao ladungskurve auswirkt und wie dementsprechend die Entladungsdauer verkürzt wird.

Allgemeine Bemerkungen

Hier sei noch ein Wort über die Beziehung zwisehen dem Linearitätsparameter des Strahlätzverfahrens, d.h. der Ätzmuldentiefe-Ätzdauer-Charakteristik, und der Bildung der die Dicke darstellenden Spannung gesagt. Bekanntlich nimmt die Geschwindigkeit, mit welcher der Ätzstrahl Metall abträgt, mit zunehmender Vertiefung der geätzten Mulde infolge der Abrundung der Mulde ab. Diese Abrundung der Mulde führt zu einer Vergrößerung der Berührungsfläche des Ätzmittels, wodurch die Stromdichte herabgesetzt wird. Diese nichtlineare Abtragungscharakteristik kann dadurch angenähert werden, daß man, wie oben in bezug auf die F i g. 1 erwähnt ist, eine Bezugsgleichspannung, weiche die zur Ätzung der Basis eines Werkstückes bekannter Dicke auf eine Nominaltiefe erforderliche Zeit darstellt, verwendet und sie mit einer weiteren Gleichspannung kombiniert, welche den Unterschied in der zur Ätzung auf die tatsächlich gewünschte Tiefe erforderlichen Zeit, berechnet aus der Bezugsdickenzeit, wiedergibt. Falls die Metallabtragungsgeschwindigkeit linearisiert werden kann, kann man selbstverständlich die die Dicke darstellende Spannung aus einer einzigen linearen Komponente bilden. In jedem Fall soll natürlich die Abtragungsgeschwindigkeit des Ätzmittels genormt sein, um für den Strahl reproduzierbare und vorbestimmbare Parameter zu erzielen.

Die Erfindung ist vorstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben worden, bei welchem ein Turm mit nur zwei gegenüberliegend angeordneten Kondensatoren verwendet wird; selbstverständlich kann jedoch eine beliebige Anzahl von Kondensatoren vorgesehen werden, derart, daß während ein Werkstück auf seine Dicke geprüft und gemessen wird, ein vorher vermessenes Werkstück nach Maßgabe der Ablesung von einem zuvor geladenen Kondensator geätzt wird.

Es wurde erwähnt, daß die Erfindung besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Transistoren mit verhältnismäßig dicker Basis anwendbar sein, und das Ausführungsbeispiel bezog sich auf einen derartigen Fall; es gibt jedoch keinen Grund, warum sie nicht ebensogut zur Herstellung von Transistoren mit dünner Basis an Stelle der erwähnten Strahlungs-Durch- > lässigkeits-Verfahren -verwendet werden könnte. Auch käiin sie 'ebensogut in Fällen Anwendung finden, .w&.di§,JDieke .eines Halbleiters vergrößert statt verringert „jy.iid;).?i)eispietsweise zur Steuerung* der Länge eines Strahlplattieruhgs'yerfahrens.

Claims (13)

. / , . Patentansprüche:, .. . . . . . r

1. Verfahren zum Ändern der Dicke von Festkörpern, insbesondere der Basiszone der Halbleiterkörper von Transistoren, bei dem eine zur Dickenänderung an dem Festkörper vorgenommene Bearbeitung in Abhängigkeit von einer elektrischen Größe gesteuert wird, die eine Funktion der anfängliehen Dicke ist, dadurch g e -

■ Jcennzerchnet, daß zunächst die anfängliche Dicke jedes Festkörpers (13, F i g. 1) an der Bearbeitungsstelle (17) durch mechanisches Abtasten (bei 21 α· und "21 b, Fig.l) ermittelt und eine dieser■- anfänglichen Dicke entsprechende elektrische· Größe gebildet wird (bei 22, 23, Fig. 1), daß diese elektrische Größe gespeichert wird (bei 28, Fig. 1) und daß das spätere Bearbeiten zur Dickenänderung des Festkörpers durch Vergleich dieses Speicherwerts mit einer der Solldicke des Festkörpers entsprechenden elektrischen Größe so gesteuert wird, daß bei Erreichung der Solldicke die Bearbeitung abgebrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur serienmäßigen Bearbeitung an einzelnen,-getrennt aufeinanderfolgenden Festkörpern, insbesondere Halbleiterkörpern bei der bandmäßigen Herstellung von Halbleiterbauelementen, die einzelnen Festkörper (13) aufeinanderfolgend an einen ersten Behandlungsort (Fig. 1), an welchem der Dickenabgriff (bei 21 a und 21 b, Fig. 1) vorgenommen wird, und anschließend "· an-"" einen zweiten Behandlungsort (Fig. 2), an - welchem die Bearbeitung zur Dickenänderung erfolgt, gebfacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Dicke des bzw. der Festkörper größer als die vorgegebene Solldicke gewählt wird und die Dickenänderung im Wege der Dickenabtragung an der vorgegebenen Stelle des Festkörpers vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Größe zur Darstellung der durch Abgriff ermittelten anfänglichen Dicke eine dieser Dicke direkt proportionale Gleichspannung dient.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die anfängliche Dicke wiedergebende Gleichspannung durch algebraische Addition aus einer einer Bezugsdicke entsprechenden Bezugsgleichspannung (23, Fig. 1) und einer Spannung gebildet wird, die nach Polarität und Betrag Richtung und Größe der Abweichung der durch Abgriff ermittelten anfänglichen Dicke von der Bezugsdicke entspricht.

6. Verfahren nach dem Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die anfängliche Dicke darstellende Gleichspannung kapazitiv in einer Kondensatoränordnung (28,28 a) gespeichert wird, deren* Entladungsdauer die Dauer der Dickenänderungsbearbeituhg bestimmt.

7. Verfahren -nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung der mit der Speicherspannung aufgeladenen Kondensator-

anordnung gleichzeitig mit der Einschaltung der Dickenänderungsbearbeitung in Gang gesetzt wird und daß die Beendigung der Entladung durch die Abschaltung der Dickenänderungsbearbeitung bewirkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung der mit der Speicherspannung aufgeladenen Kondensatoranordnung durch eine Gleichspannung entgegengesetzter Polarität (B+R2 in Fig. 3) vorgenommen wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sonden (21a, 21 b; 20, 19, Fig. 1) zum mechanischen Abgriff der anfänglichen Dicke des vorgegebenen Bereichs (17) an dem Festkörper (13) vorgesehen sind, daß eine mit den Sonden verbundene Vorrichtung (22, 23) zum Erzeugen einer elektrischen Größe vorgesehen ist, Vorzugsweise einer Gleichspannung, welche der abgegriffenen anfänglichen Dicke entspricht, daß weiterhin eine Vorrichtung (29, 9, 10, Fig. 1) zum Speichern dieser elektrischen Größe, eine Vorrichtung (31 bis 36, Fig. 2), die bei Betätigung eine Dickenänderungsbearbeitung, vorzugsweise eine Dickenabtragung, an dem Festkörper bewirkt, eine Betätigungsvorrichtung (41, Fig. 1; 41,42, F i g. 3) für diese Bearbeitungsvorrichtung, eine auf den Wert der gespeicherten elektrischen Größe ansprechende Vorrichtung (30, Fig. 2; 60, F i g. 3), welche die Bearbeitungsvorrichtung so lange in ihrem Betätigungszustand hält, wie zur Änderung der Dicke von ihrem anfänglichen Wert auf den gewünschten Sollwert erforderlich ist, und sie danach abschaltet, sowie eine Vorrichtung (37, F i g. 2 und 3), welche die Speichervorrichtung (29) gleichzeitig mit der Einschaltung der Bearbeitungsvorrichtung mit der auf die elektrische Größe ansprechenden Vorrichtung (30, Fig. 2; 60, Fig. 3) verbindet, vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 zur Ausübung des Verfahrens gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung eine Kondensatoranordnung (28, 28 a) zur kapazitiven Speicherung der die anfängliche Dicke wiedergebenden Gleichspannung aufweist und daß die auf die Speichergröße ansprechende Vorrichtung (30) zur zeitlichen Steuerung des Bearbeitungsvorgangs auf die Entladung der kapazitiven Speicheranordnung (29, 28, 28 a) anspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Sonden (21a, 21 b) verbundene Vorrichtung (22, 23) zur Erzeugung der elektrischen Größe eine Gleichspannung erzeugt, deren Betrag dem Unterschied zwischen der abgetasteten anfänglichen Dicke und einer Bezugsdicke entspricht und deren Polarität den Richtungssinn der Abweichung der anfänglichen Dicke von der Bezugsdicke anzeigt, daß eine Gleichspannungsquelle (23) zur Lieferung einer der Bezugsdicke entsprechenden Bezugsgleichspannung vorgesehen ist und daß eine Vorrichtung zur algebraischen Addition dieser beiden Gleichspannungen vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung (29) mehrere Kondensatoren (28, 28 a) aufweist und in ihrer Lage verstellbar ist (9,1OJ, wobei jeweils in einer ersten Stellung der Speichervorrichtung (F i g. 1) einem (28) der Kondensatoren die kombinierte Gleichspannung zur Speicherung zugeführt wird, während in der zweiten Stellung der Speichervorrichtung (Fig. 2) der die elektrische Größe gespeichert enthaltende Kondensator (28) zur Verbindung mit der auf die elektrische Größe ansprechenden Steuerungsvorrichtung (30, F i g. 2; 60, Fig. 3) bereitsteht, während ein anderer Kondensator (28, Fig. 2) der Speichervorrichtung zur Speicherung einer der anfänglichen Dicke des nächsten Festkörpers entsprechenden kombinierten Gleichspannung bereitsteht.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behandlungsort (F i g. 1) die Sondenvorrichtung (19, 20,. 21a, 21 b) und die Vorrichtung (22, 23) zur Erzeugung der elektrischen Größe aufweist, daß der zweite Behandlungsort (Fig. 2) eine Strahlätzvorrichtung (33, 34,35) zur mittels ihrer Einwirkdauer steuerbaren Abtragung der Dicke des Festkörpers aufweist und daß eine Vorrichtung (7, 8, 16, 11, 12) zur Überführung des Festkörpers (13) aus einer ersten Stellung an dem ersten Behandlungsort, in welcher der Dickenabgriff erfolgt, in eine zweite Stellung an dem zweiten Behandlungsort vorgesehen ist, in welcher er der Einwirkung der Strahlätzvorrichtung ausgesetzt werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1027 035,
1029485;

französische Patentschrift Nr. 1131213;
H. Fassbender, Einführung in die Meßtechnik der Kernstrahlung und die Anwendnung der Radioisotope, 1958, Stuttgart, S. 124 bis 157.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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