DE10104324A1 - Verfahren zum Ätz-Strukturieren der Oberfläche eines Bauteils - Google Patents

Verfahren zum Ätz-Strukturieren der Oberfläche eines Bauteils

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Kathrin Petsch
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ätz-Strukturieren der Oberfläche eines Bauteils. DOLLAR A Um mit einem solchen Ätz-Strukturieren kostengünstig Ausnehmungen (2, 3) mit unterschiedlicher Gestalt und Abmessung herstellen zu können, wird erfindungsgemäß auf die Oberfläche des Bauteils (1) eine erste Ätzmaske (4) mit mindestens einem Ätzfenster (5) aufgebracht und diese Ätzmaske (4) mit einer Passivierungsschicht (6) überzogen. Danach wird auf die Passivierungsschicht (4) eine zweite Ätzmaske (7) mit mindestens einer Ätzöffnung (8) aufgebracht, und es wird in einem ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang die Oberfläche des Bauteils (1) im Bereich der mindestens einen Ätzöffnung (8) ätz-bearbeitet. Anschließend wird nach Entfernen der Passivierungsschicht (4) in den Bereichen von Ätzöffnung (8) und Ätzfenster (5) beider Ätzmasken (4, 7) die Oberfläche des Bauteils (1) ätzbearbeitet. DOLLAR A Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter Verzicht auf eine Passivierungsschicht eine erste Ätzmaske (11) mit verdünntem Bereich (12) verwendet.

Description

Es ist allgemein bekannt, dass sich die Oberfläche eines Bau­ teils durch Ätzen bearbeiten lässt, beispielsweise um Ausneh­ mungen in einem Glas- oder Halbleiterteil vorzusehen. Dabei wird sowohl ein isotropes als auch anisotropes Ätzen durchge­ führt.
Abhängig vom jeweiligen Einsatzzweck des Bauteils werden Ausnehmungen unterschiedlicher Gestaltung und unterschiedli­ cher Abmessungen in ein und demselben Bauteil erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ätz-Bearbeiten der Oberfläche eines Bauteils anzugeben, mit dem sich Ausnehmungen in der Oberfläche eines Bauteils mit unterschiedlicher Gestalt und unterschiedlichen Abmessungen, wie z. B. unterschiedlicher Tiefe, fertigungstechnisch günstig herstellen lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Ätz- Bearbeiten der Oberfläche eines Bauteils erfindungsgemäß auf der Oberfläche des Bauteils eine erste Ätzmaske mit min­ destens einem Ätzfenster für einen nachgeordneten Ätz-Be­ arbeitungsvorgang erzeugt, die erste Ätzmaske mit einer Pas­ sivierungsschicht überzogen, auf die Passivierungsschicht eine zweite Ätzmaske mit mindestens einer Ätzöffnung für ei­ nen ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang aufgebracht, in dem ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang die Oberfläche des Bauteils im Be­ reich der mindestens einen Ätzöffnung der zweiten Ätzmaske ätz-bearbeitet, und anschließend nach Entfernen der Passivie­ rungsschicht in dem nachgeordneten Ätzvorgang in den Bereichen von Ätzöffnung und Ätzfenster beider Ätzmasken die Oberfläche des Bauteils ätz-bearbeitet.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird darin gesehen, dass aufgrund der Verwendung von zwei Ätzmasken und einer Passivierungsschicht, die alle vor dem eigentlichen Ätz-Bearbeiten auf das Bauteil aus beispiels­ weise Glas oder Halbleitermaterial aufgebracht werden, ein Verfahren geschaffen ist, mit dem das soweit mit den Ätz­ masken und der Passivierungsschicht vorbereitete Bauteil in einer einzigen Ätz-Abfolge fertig in seiner Oberfläche behan­ delt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss also der Ätz-Ablauf nicht unterbrochen werden, um womöglich eine zweite Ätzmaske aufzubringen, nachdem mit einer ersten Ätzmaske eine erste Oberflächenkonfiguration des Bauteils vorgenommen worden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich daher vergleichsweise kostengünstig durchführen.
Eine weitere Lösung der oben angegebenen Aufgabe besteht er­ findungsgemäß in einem Verfahren zum Ätz-Strukturieren der Oberfläche eines Bauteils, bei dem auf der Oberfläche des Bauteils eine erste Ätzmaske mit mindestens einem verdünntem Bereich zum Bearbeiten in einem nachgeordneten Ätz-Bearbei­ tungsvorgang erzeugt wird, auf die erste Ätzmaske eine zweite Ätzmaske mit mindestens einer Ätzöffnung für einen ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang aufgebracht wird, in dem ersten Ätz- Bearbeitungsvorgang die Oberfläche des Bauteils im Bereich der mindestens einen Ätzöffnung der zweiten Ätzmaske ätz-be­ arbeitet wird, die erste Ätzmaske (14) freigelegt und in ei­ nem Zwischen-Ätzschritt so bearbeitet wird, dass in dem ver­ dünnten Bereich ein Ätzfenster entsteht, und anschließend in dem nachgeordneten Ätzvorgang in den Bereichen von Ätzöffnung und Ätzfenster beider Ätzmasken die Oberfläche des Bauteils ätz-bearbeitet wird.
Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insofern besonders vorteilhaft, als sie nicht nur mit einer ununterbrochenen Abfolge von Ätzschritten auskommt, sondern nur zwei Ätzmasken ohne eine Passivierungsschicht benötigt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in beiden Ausführungsfor­ men können unterschiedliche Ätz-Bearbeitungsvorgänge durchge­ führt werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, in beiden Ätz-Bearbeitungsvorgängen ein isotropes Ätzen vorzu­ nehmen, wenn von der Gestalt der in der Oberfläche des Bau­ teils herzustellenden Ausnehmungen Übereinstimmung im Hin­ blick auf den jeweiligen Einsatzfall des Bauteils gewünscht wird.
Ein entsprechender Vorteil ergibt sich, wenn in beiden Ätz- Bearbeitungsvorgängen ein anisotropes Ätzen durchgeführt wird. Hierbei lassen sich in bekannter Weise anders struktu­ rierte Ausnehmungen in der Oberfläche des Bauteils erzielen als bei der Verwendung des isotropen Ätzens.
Das erfindungsgemäße Verfahren in beiden Ausführungsformen lässt es in vorteilhafter Weise ferner zu, dass in dem ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang ein isotropes und in dem zweiten Ätz- Bearbeitungsvorgang ein anisotropes Ätzen vorgenommen wird oder umgekehrt. Bei dieser Variante der Verfahren lassen sich von der Struktur ganz unterschiedliche Ausnehmungen in einem Bauteil in einem Fertigungsdurchlauf erzielen, weil die Mög­ lichkeiten des isotropen und anisotropen Ätzens hier kombi­ niert nacheinander zum Einsatz gelangen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren an seiner Oberfläche strukturiertes Bau­ teil, in
Fig. 2 eine perspektivische Sicht auf dasselbe Bauteil, in
Fig. 3 anhand von Einzeldarstellungen a bis f (Schnitt III-III gemäß Fig. 1) der Ablauf des Ätz-Bearbei­ tens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer ersten Ausführungsform zur Erzielung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Bauteils gezeigt und in
Fig. 4 anhand von Einzeldarstellungen g bis l (Schnitt III-III) gemäß Fig. 1 der Verfahrensablauf nach einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des Bauteils gemäß der Fig. 1 und 2 gezeigt.
Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, weist ein nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil 1 eine erste Rille 2 und eine zweite Rille 3 auf, die in dem dargestellten Beispiel fluchtend ineinander übergehen. Die erste Rille 2 ist verhältnismäßig breit und tief ausgeführt, während die zweite Rille 3 schmal und relativ flach ausgebildet ist.
Um ein in dieser Weise an seiner Oberfläche ätz-bearbeitetes Bauteil 1 zu erzeugen, wird - wie die Darstellung a der Fig. 3 zeigt - auf das Bauteil 1 zunächst eine erste Ätzmaske 4 aufgebracht, in der ein Ätzfenster 5 an der Stelle erzeugt wird, wo später die zweite Rille 3 erzeugt werden soll. Auf die erste Ätzmaske 4 ist eine Passivierungsschicht 6 aufge­ bracht, die aus einem anderen Material als die erste Ätzmaske 4 besteht; im Falle eines Bauteils aus Silizium kann die erste Ätzmaske aus Siliziumoxid und die Passivierungsschicht aus Si3N4 bestehen. Die Passivierungsschicht 6 überzieht so­ wohl die erste Ätzmaske 4 als auch das Ätzfenster 5 dieser Ätzmaske. Schließlich ist auf die Passivierungsschicht 6 eine zweite Ätzmaske 7 aufgebracht, die beispielsweise aus einem Lack bestehen kann. Diese zweite Ätzmaske 7 erhält eine Ätzöffnung 8 an der Stelle, wo später in das Bauteil 1 die erste Rille 2 mit vergleichsweise großen Abmessungen gebildet werden soll. Ist das an seiner Oberfläche durch Ätzen zu bearbeitende Bauteil 1 soweit mit Ätzmasken 4 und 7 und Passivierungsschicht 6 versehen, wie es die Darstellung a der Fig. 3 zeigt, dann werden - wie es die Darstellung b der Fig. 3 wiedergibt - in einem ersten Ätz-Schritt die zweite Ätzmaske 7 und die unterhalb der Ätzöffnung 8 dieser Ätzmaske liegenden Bereiche der Passivierungsschicht 6 und der ersten Ätzmaske 4 abgetragen, so dass das Bauteil 1 im Bereich unterhalb der Ätzöffnung 8 für das Ätzmedium des nächsten Ätzschrittes zugänglich ist. Das Ätzmedium kann dabei sowohl ein Plasma (Trockenätzen) als auch eine Ätzflüssigkeit (Nassätzen) sein.
Danach erfolgt - wie die Darstellung c zeigt - ein isotropes Ätzen, wobei die erste Rille 2 teilweise gebildet wird.
Figur d lässt erkennen, dass danach die Passivierungsschicht 6 abgetragen wird, so dass nunmehr das Ätzfenster 5 der ers­ ten Ätzmaske 4 frei zum Angriff für ein Ätzmedium liegt. Durch ein weiteres anschließendes Ätzen wird - wie die Dar­ stellung e der Fig. 3 wiedergibt - in dem Bauteil 1 die zweite Rille 3 (teilweise) gebildet und dabei gleichzeitig die erste Rille 2 vergrößert.
Wie die Figur f zeigt, wird das isotrope Ätzen solange fort­ gesetzt, bis die beiden Rillen 2 und 3 ineinander übergehen, wodurch ein Kanal aus zwei Rillen 2 und 3 mit unterschiedli­ chen Abmessungen gebildet ist.
Werden zwei in dieser Weise hergestellte Bauteile 1, mit ih­ ren bearbeiteten Oberflächen einander zugewandt, miteinander beispielsweise durch Bonden verbunden, dann entsteht ein Bauelement, das einen inneren Kanal aufweist, in dem durch die erste Rille 2 im Vergleich zur zweiten Rille einen ver­ größerten Durchmesser aufweist, so dass in die erste Rille 2 ein nicht gezeigtes äußeres Anschlussrohr eingebracht werden, dessen Innendurchmesser in strömungstechnisch günstiger Weise dem Durchmesser der zweiten Rille 3 entspricht.
Es ist ohne weiteres verständlich, dass mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren nicht nur ein isotropes Ätzen vorgenommen werden kann, sondern auch ein anisotropes Ätzen in Kombina­ tion mit einem isotropen Ätzen. Dies ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn die zweite Ätzmaske 7 zwei im Abstand von­ einander angeordnete, fluchtend zueinanderliegende Ätzöffnun­ gen entsprechend der Ätzöffnung 8 aufweist und dazwischen die erste Ätzmaske 4 ein Ätzfenster entsprechend dem Ätzfenster 5 aufweist. Es können dann durch isotropes Ätzen zunächst zwei gleich bemessene Rillen entsprechend der Rille 2 nach den Fig. 1 und 2 gebildet werden und anschließend durch anisotropes Ätzen durch das Ätzfenster der ersten Ätzmaske eine schmale Verbindungsrinne erzeugt werden, die dann wie­ derum eine Engstelle bildet, mit der eine Druckdifferenz zur Messung des Durchflusses gebildet werden kann.
Die Darstellung g der Fig. 4 lässt erkennen, dass auf das Bauteil 11 eine erste Ätzmaske 12 z. B. aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid bei einem Bauteil aus Silizium aufgebracht wird, in der ein verdünnter Bereich 13 an der Stelle erzeugt wird, wo später die zweite Rille 3 gebildet werden soll. Auf die erste Ätzmaske 12 ist eine zweite Ätzmaske 14, z. B. aus Fotolack, aufgebracht. Diese zweite Ätzmaske 14 erhält eine Ätzöffnung 18 an der Stelle, wo später in dem Bauteil 11 die erste Rille 2 mit vergleichsweise großen Abmessungen gebildet werden soll. Ist das an seiner Oberfläche durch Ätzen zu strukturierende Bauteil 11 soweit mit den Ätzmasken 12 und 14 versehen, wie es die Darstellung g der Fig. 4 zeigt, dann wird - wie es die Darstellung h der Fig. 4 wiedergibt - in einem ersten Ätzschritt die zweite Ätzmaske 14 und die unter­ halb der Ätzöffnung 18 dieser Ätzmaske liegenden Bereiche der ersten Ätzmaske 12 abgetragen, so dass das Bauteil 11 im Bereich unterhalb der Ätzöffnung 18 für das Ätzmedium des nächsten Ätzschrittes zugänglich ist. Das Ätzmedium kann da­ bei sowohl ein Plasma (Trockenätzen) als auch eine Ätzflüs­ sigkeit (Nassätzen) sein.
Danach erfolgt - wie die Darstellung i zeigt - ein isotropes Ätzen, wobei die erste Rille 2 teilweise gebildet wird.
Figur j lässt erkennen, dass danach die zweite Ätzmaske 14 abgetragen wird, so dass nunmehr der verdünnte Bereich 13 der ersten Ätzmaske frei liegt; es wird die erste Ätzmaske 12 nun in einem Ätz-Zwischenschritt soweit abgeätzt, bis das Mate­ rial im verdünnten Bereich 13 vollkommen abgetragen ist und dort nunmehr ein Ätzfenster 15 gebildet ist.
Die weiteren Verfahrensschritte gemäß den Darstellungen k und l der Fig. 4 entsprechen den Schritten e und f nach Fig. 3.

Claims (5)

1. Verfahren zum Ätz-Strukturieren der Oberfläche eines Bau­ teils (1), bei dem
auf der Oberfläche des Bauteils (1) eine erste Ätzmaske (4) mit mindestens einem Ätzfenster (5) für einen nachge­ ordneten Ätz-Bearbeitungsvorgang erzeugt wird,
die erste Ätzmaske (4) mit einer Passivierungsschicht (6) überzogen wird,
auf die Passivierungsschicht (6) eine zweite Ätzmaske (7) mit mindestens einer Ätzöffnung (8) für einen ersten Ätz- Bearbeitungsvorgang aufgebracht wird,
in dem ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang die Oberfläche des Bauteils (1) im Bereich der mindestens einen Ätzöffnung (8) der zweiten Ätzmaske (7) ätz-bearbeitet wird und
anschließend nach Entfernen der Passivierungsschicht (6) in dem nachgeordneten Ätzvorgang in den Bereichen von Ätz­ öffnung (8) und Ätzfenster (5) beider Ätzmasken (4, 7) die Oberfläche des Bauteils (1) ätz-bearbeitet wird.
2. Verfahren zum Ätz-Strukturieren der Oberfläche eines Bau­ teils (1), bei dem
auf der Oberfläche des Bauteils (11) eine erste Ätzmaske (12) mit mindestens einem verdünnten Bereich (13) zum Be­ arbeiten in einem nachgeordneten Ätz-Bearbeitungsvorgang erzeugt wird,
auf die erste Ätzmaske (12) eine zweite Ätzmaske (14) mit mindestens einer Ätzöffnung (18) für einen ersten Ätz-Be­ arbeitungsvorgang aufgebracht wird,
in dem ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang die Oberfläche des Bauteils (11) im Bereich der mindestens einen Ätzöffnung (18) der zweiten Ätzmaske (14) ätz-bearbeitet wird,
die erste Ätzmaske (12) freigelegt und in einem Zwischen- Ätzschritt soweit abgedünnt wird, dass in dem verdünnten Bereich ein Ätzfenster (15) entsteht, und
anschließend in dem nachgeordneten Ätzvorgang in den Be­ reichen von Ätzöffnung (18) und Ätzfenster (15) beider Ätzmasken (14, 17) die Oberfläche des Bauteils (11) ätz- bearbeitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Ätz-Bearbeitungsvorgängen ein isotropes Ätzen vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Ätz-Bearbeitungsvorgängen ein anisotropes Ätzen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Ätz-Bearbeitungsvorgang ein isotropes und in dem zweiten Ätz-Bearbeitungsvorgang ein anisotropes Ätzen vorgenommen wird oder umgekehrt.
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