DE102006019461A1 - Ätzverfahren zum Materialabtrag an Festkörpern und dessen Verwendung sowie Vorrichtung hierzu - Google Patents

Ätzverfahren zum Materialabtrag an Festkörpern und dessen Verwendung sowie Vorrichtung hierzu Download PDF

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Abstract

Vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Materialabtrag an Festkörpern mittels mindestens einem Flüssigkeitsstrahl, der durch eine Düse erzeugt wird, bei dem zur Unterstützung des Materialabtrags ein aktivierbares Ätzmedium, das der Trägerflüssigkeit zugesetzt ist, aktiviert wird, wobei Aktivierung des aktivierbaren Ätzmediums nach Austritt aus der den Flüssigkeitsstrahl erzeugenden Düse erfolgt. Ebenso wird die Verwendung des Verfahrens sowie eine diesbezügliche Vorrichtung beschrieben.

Description

  • Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, bei denen mit Hilfe eines Flüssigkeitsstrahl-geführten Lasers Silicium oder andere Werkstoffe geätzt oder ablativ abgetragen werden. Z.B. beschreibt die EP 0 762 974 B1 einen Flüssigkeitsstrahl-geführten Laser, wobei hier Wasser als flüssiges Medium eingesetzt wird. Der Wasserstrahl dient hier als Leitmedium für den Laserstrahl und als Kühlmittel für die Kanten der bearbeiteten Stellen auf dem Substrat, wobei das Ziel einer Verringerung der Schäden durch thermische Spannung im Material verfolgt wird. Mit Flüssigkeitsstrahl-geführten Lasern werden tiefere und etwas saubere Schnittgruben erreicht als mit „trockenen" Lasern. Auch das Problem des ständigen Nachfokussierens des Laserstrahls bei zunehmender Grabentiefe ist mit im Flüssigkeitsstrahl eingekoppelten Lasern gelöst. Nach wie vor treten jedoch bei den beschriebenen Sys temen Seitenschädigungen in einem Ausmaß auf, das einen weiteren Materialabtrag an den Bearbeitungsflächen erfordert, der sowohl den Gesamtprozess der Materialbearbeitung aufwendig gestaltet als auch zu zusätzlichem Materialverlust und damit erhöhten Kosten führt.
  • Bisher sind die klassischen auf der Basis von photolithographisch definierten Ätzmasken arbeitenden Mikrostrukturierungsprozesse bezüglich Präzisierung und Seitenschädigung Laser-gestützten Verfahren überlegen, jedoch viel aufwendiger und erheblich langsamer als diese.
  • Bislang beschränken sich die diesbezüglichen Versuche jedoch ausschließlich auf die Oberflächenbearbeitung der Substrate. Tiefschnitte oder gar das Schneiden von Wafern aus einem Ingot mit Hilfe von Lasern und Ätzmedien wurde bisher noch nicht in Erwägung gezogen.
  • Großindustriell werden Siliciumwafer gegenwärtig praktisch ausschließlich mit einem Verfahren hergestellt, dem Vieldraht-Trennläppen (engl.: multi-wire slurry sawing). Dabei werden die Siliciumblöcke mittels bewegter Drähte, die mit einer Schleifemulsion (z.B. PEG + SiC-Partikel) benetzt werden, mechanisch abrasiv durchtrennt. Da der Schneiddraht, der einige Hundert Kilometer lang sein kann, vielfach um berillte Drahtführungsrollen gewickelt wird, können mit dem entstehenden Drahtfeld viele Hundert Wafer gleichzeitig geschnitten werden.
  • Neben dem großen Materialverlust von ca. 50%, bedingt durch die relativ breite Schnittkerbe, besitzt dieses Verfahren noch einen weiteren schwerwiegenden Nachteil. Durch das mechanische Einwirken des Schneiddrahtes und der Abrasivstoffe beim Sägen treten auch hier an den Oberflächen der geschnittenen Halbleiterscheiben erhebliche Schädigungen im kristallinen Gefüge auf, die danach einen weiteren chemischen Materialabtrag erfordern.
  • Ebenso sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen Laserlicht zur Anregung von Ätzmedien sowohl in gasförmiger wie in flüssiger Form über dem Substrat angewendet wird. Als Ätzmedien dienen hier verschiedene Stoffe, z.B. Kaliumhydroxyd-Lösungen unterschiedlicher Konzentration (von Gutfeld, R. J./Hodgson, R. T.: „Laser enhanced etching in KOH" in: Appl. Phys. Lett., Vol. 404, 352-354, 15. February (1982)) bis hin zu flüssigen oder gasförmigen halogenierten Kohlenwasserstoffen, insbesondere Brommethan, Chlormethan oder Trifluorjodmethan (Ehrlich, D. J./Osgood, R. M./Deutsch, T. F.: „Laserinduced microscopic etching of GaAs and InP" in: Appl. Phys. Lett., Vol. 36(8), 698-700, 15. April (1980)).
  • Jedoch erfolgt die Anregung des Ätzmediums in den zuvor beschriebenen Verfahren des Standes der Technik mittels eines Lasers. Dies bringt mehrere Nachteile mit sich. Für den Fall, dass die Anregung mit dem in den Flüssigkeitsstrahl eingekoppelten Laser erfolgt, bringt dies den unerwünschten Effekt mit sich, dass das somit angeregte Ätzmedium einerseits die Apparatur selbst angreifen kann. Andererseits kann das aktivierte Ätzmedium aufgrund der frühen Aktivierung und der verstreichenden Zeit bis zum Auftreffen auf dem zu behandelnden Festkörper bereits wieder deaktiviert sein, so sich der erwünschte Ätzeffekt nur in abgeschwächter Form einstellt. Weiterhin bestehen große Probleme bei der technisch aufwendigen Lösung, das Ätzmedium durch Einkopplung eines dafür vorgesehenen weiteren Laserstrahls in den Flüssigkeitsstrahl anzuregen. Insbesondere die Doppeleinkopplung bereitet dabei Probleme.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Ätzverfahren und eine Vorrichtung zum Materialabtrag an Festkörpern sowie eine Verwendung des Verfahrens bereit zu stellen, wobei eine Beschädigung der Apparatur durch das aktivierte Ätzmedium vermieden, eine einfache technische Ausführbarkeit und ein hervorragender Materialabtrag gewährleistet werden soll.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 32 sowie die Verwendung des Verfahrens mit den Merkmalen der Ansprüche 45 und 48 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
  • Das vorliegende Verfahren stellt eine Methode zum Materialabtrag an Festkörpern mittels mindestens einem Flüssigkeitsstrahl, der durch eine Düse erzeugt wird, bereit, bei dem zur Unterstützung des Materialabtrags ein aktivierbares Ätzmedium zugesetzt ist, wobei eine Aktivierung des Ätzmediums erst nach dem Austritt aus der den Flüssigkeitsstrahl erzeugenden Düse erfolgt. Somit ist gewährleistet, dass eine Beschädigung der Apparatur durch das Ätzmedium, das seine chemisch aggressiven Eigenschaften erst mit der Aktivierung erhält, ausgeschlossen ist. Zudem kann aufgrund der Tatsache, dass die mittlere Lebensdauer des aktivierten Ätzmediums normalerweise groß gegenüber der Fließdauer von der Düse bis zum Substrat ist, nahezu die Gesamtmenge des aktivierten Ätzmediums auf das Substrat geleitet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Aktivierung hierbei durch Bestrahlung. Als Bestrahlung im erfindungsgemäßen Sinne werden hierunter sämtliche Formen des Zuführens von Energie in Form elektromagnetischer Wellen verstanden.
  • Zur gleichmäßigen Bestrahlung des Flüssigkeitsstrahls ist es günstig, die Strahlungsquelle ringförmig um den Flüssigkeitsstrahl anzuordnen. Alternativ dazu kann eine Bestrahlung des Flüssigkeitsstrahls aber auch durch eine lokal beabstandete Strahlungsquelle erfolgen. Hierunter ist eine Strahlungsquelle zu verstehen, die nicht ringförmig um den Strahl angeordnet ist. Die Strahlungsquelle kann radiale oder aber auch im Wesentlichen in eine Raumrichtung gerichtete Strahlung abgeben. Beispielsweise fallen darunter quasi punktförmige oder stabförmige Strahlungsquellen.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Bestrahlung im Wesentlichen senkrecht zum Flüssigkeitsstrahl erfolgt. Dadurch kann eine Beeinflussung des zu bearbeitenden Substrats durch das eingestrahlte Licht vermieden werden. Weiterhin werden Interferenzen, wie sie bei der Doppeleinkopplung z.B. von IR- und W-Lasern, wie im Stand der Technik erwähnt, auftreten können, ausgeschlossen werden.
  • Um eine weitere effiziente Quantenausbeute der Strahlung und somit eine Verstärkung der Aktivierung zu gewährleisten ist eine Ausführungsform des Verfahrens besonders bevorzugt, bei der eine den Flüssigkeitsstrahl und die Strahlungsquelle zumindest teilweise umgebende Verspiegelung eingesetzt wird. Die Verspie gelung ist dabei so ausgebildet, dass von der Strahlungsquelle nicht in Richtung des Flüssigkeitsstrahls abgegebene Strahlung reflektiert und auf den Strahl fokussiert wird. Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine Anordnung, bei der die Verspiegelung so angeordnet ist, dass sich der Flüssigkeitsstrahl im Brennpunkt der Verspiegelung befindet. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens beträchtlich gesteigert. Als spezielle Ausführungsform ist auch denkbar, dass die Verspiegelung ellipsoidal angeordnet ist, wobei sich die Strahlungsquelle im einen, der Flüssigkeitsstrahl im anderen Brennpunkt befindet.
  • Zur Aktivierung dienen je nach gewähltem Ätzmedium sämtliche Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, vom infraroten Bereich bis hin zum W-Bereich, wobei im IR-Bereich vorwiegend, aber nicht ausschließlich eine thermochemische, im sichtbaren und im W-Bereich hingegen vorwiegend aber nicht ausschließlich eine photochemische Aktivierung erfolgt.
  • Die Aktivierung erfolgt vorzugsweise mit inkohärentem Licht. Somit werden keine Laser zur Aktivierung benötigt, was den apparativen Aufwand erheblich reduziert und das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung deutlich vereinfacht.
  • Die Bestrahlung kann sowohl kontinuierlich als auch gepulst erfolgen. Beim gepulsten Verfahren ist es besonders vorteilhaft, dass die Menge der im Strahl erzeugten aktivierten Spezies des Ätzmediums effektiv gesteuert werden kann.
  • Für die quasi vollständige Aktivierung des jeweiligen Ätzmediums sind Intensitäten ausreichen, die deutlich unterhalb der üblichen Laserquellen liegen. Dadurch können günstigere und einfachere Lichtquellen wie beispielsweise eine Quecksilberdampflampe, Photodiode und/oder eine Blitzlichtlampe engesetzt werden.
  • Weiterhin ist eine Führung des Verfahrens möglich, bei der im Bereich des Auftreffens des Flüssigkeitsstrahls auf den Festkörper, eine erneute Aktivierung des Ätzmediums durch Bestrahlung erfolgt. Dadurch wird eine Nachätzung des zu bearbeitenden Festkörpers erzielt, die die Gesamtätzwirkung des Verfahrens noch erhöht.
  • Zur weiteren Erhöhung der Ätzwirkung können als vorteilhafte Ausführungsform auch mehrere Flüssigkeitsstrahlen parallel nebeneinander geführt werden. Somit ist eine deutliche Verkürzung der Bearbeitungszeit des Festkörpers erreichbar. Zudem ergibt sich bi Umschließen eines jeden einzelnen Strahls mit einer eigenen Strahlungsquelle eine gewisse Redundanz, so dass der Ausfall einer einzelnen Strahlungsquelle gut kompensiert werden kann.
  • Zusätzlich kann auch zur Unterstützung des Materialabtrags ein Laserstrahl parallel in den Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt werden. Unter parallel wir im erfindungsgemäßen Sinne verstanden, dass der Laserstrahl annähernd koaxial im Flüssigkeitsstrahl verläuft.
  • Vorzugsweise ist das Ätzmedium ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wasserfreien, halogenhaltigen organischen oder anorganischen Verbindungen und deren Gemischen. Hierzu zählen beispielsweise fluorierte, chlorierte, bromierte oder jodierte Kohlenwasserstoffe, wobei die Kohlenwasserstoffe geradkettige, verzweigte, aliphatische, cycloaliphatische und/oder a romatische C1-C12-Kohlenwasserstoffe sind. Besonders bevorzugte Vertreter sind Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Bromoform, Dichlormethan, Dichloressigsäure, Acetylchlorid und/oder Gemische hiervon.
  • Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass das Ätzmedium zusätzlich elementare Halogene in flüssiger Form, z.B. Brom und Jod, oder Interhalogenverbindungen, wie z.B. Jod, Monochlorid oder Jodtrichlorid, enthält. Ebenso ist es möglich, dass halogenierte Kohlenwasserstoffe in fester Form, z.B. Jodoform oder Trichloressigsäure, enthalten sind.
  • Beispiele für Aktivierungsreaktionen nach erfindungsgemäßem Verfahren sind:
    Figure 00080001
  • Wird beispielsweise ein Silicium-Festkörper geätzt so ist folgende Reaktion die der Ätzwirkung zugrunde liegende: 4 Cl• + Si → SiCl4
  • Die Ätzwirkung erfolgt praktisch unselektiv bezüglich bestimmter Kristallorientierungen. Eine Rekombination von Radikalen führt häufig zu ebenfalls sehr reaktiven Stoffen, die Silicium direkt mit einer hohen Ätzrate abtragen können. Diese Reaktion erfolgt entsprechend den nachfolgenden Gleichungen: 2Cl• → Cl2 2Cl2 + Si SiCl4
  • Dieser Sachverhalt sowie die Existenz einer Radikal-Ketten-Reaktion gewährleisten einen kontinuierlichen und relativ konstanten hohen Abtrag des Siliciums.
  • In manchen Fällen ist es bevorzugt – je nach Wahl der Ätzmischung – die Atmosphäre in der Bearbeitungskammer mit definierten Mengen an trockenem Sauerstoff oder trockener Luft (als Sauerstofflieferant) anzureichern. Sauerstoff erhöht nicht nur in bestimmten Fällen die Ätzrate einiger Ätzmischungen, indem er mit diesen reaktive Zwischenprodukte bildet, sondern verhindert auch die unerwünschte Abscheidung von Kohlenstoff-Halogen-Polymeren oder Kohlenstoffpartikeln auf dem Substrat, indem er diese Abfallprodukte gleich bei deren Entstehung auf oxidiert. Freier Sauerstoff muss jedoch vor der weiteren Verarbeitung der Ätzprodukte wieder aus dem System entfernt werden, da er die folgenden Prozessschritte behindert oder unmöglich macht. Beispielsweise würde er in Subsystem VIII zusammen mit dem dort eingeleiteten Wasserstoff ein (hochexplosives) Knallgas-Gemisch bilden. Reiner Sauerstoff kann beim Auskondensieren bzw. Ausfrieren der Ätzprodukte in Subsystem V von diesen abgesaugt und zum Teil ebenfalls wieder recycled werden (in der beigefügten Aufbauskizze nicht eingezeichnet), da sein Siedepunkt um ein Vielfaches niedriger liegt als die Siedepunkte nahezu sämtlicher anderer im System vorhandenen Stoffe, mit der Ausnahme von Kohlenstoffmonoxid, das ebenfalls mit abgesaugt wird.
  • Wird mit Sauerstoffbeimengungen gearbeitet, so entsteht als Abfallprodukt unter anderem Phosgen. Dieses steht im Gleichgewicht mit Kohlenmonoxid und Chlor, aus denen es bei Temperaturen bis 300°C gebildet wird. Oberhalb dieser Temperatur findet teilweise eine vollständige Zersetzung in die Ausgangsstoffe statt. Die Zersetzung wird durch Anwesenheit von Sauerstoff (Oxidation des Phosgens zu CO2 und Chlor) gefördert. Dieser Sachverhalt kann zu seinem Abbau genutzt werden.
  • Vorzugsweise ist das Ätzmedium ausgewählt aus der Gruppe der halogenhaltigen Schwefel- und/oder Phosphorverbindungen. Hierzu zählen insbesondere Sulfurylchlorid, Thionylchlorid, Schwefeldichlorid, Dischwefeldichlorid, Phosphortrichlorid, Phosphorpentachlorid, Phosphorylchlorid und deren Gemische.
  • Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass als Ätzmedium ein Gemisch aus Salpetersäure als erster Komponente sowie Flusssäure, Ammoniumfluorid oder Ammoniumbifluorid als zweiter Komponente in einem wässrigen oder organischen Lösungsmittel eingesetzt wird. Als Lösungsmittel sind hier beispielsweise Wasser oder Eisessig bevorzugt. Eisessig besitzt gegenüber Wasser den Vorteil, dass das sich bildende flüchtige, jedoch hydrolyseempfindliche SiF4 bzw. SiF6 besser isoliert werden kann. Der Anteil an Flusssäure im Gemisch beträgt vorzugsweise von 1 bis 20 Gew.-%. Gegenüber chlorhaltigen Ätzmedium besitzen die fluorhaltigen Ätzmedium den Vorteil einer höheren Ätzgeschwindigkeit, wobei allerdings gegenüber diesen der Nachteil auftritt, dass sich das abgetragene Silicium schlechter zurückgewinnen lässt aufgrund der besonderen Stabilität der Si-F-Bindung. Allerdings können Siliciumfluoride, wie SiF4 und SiF6, insbesondere wenn sie wasser- und sauerstofffrei isoliert werden, als wertvolle Synthesechemikalien in der Organosilicium-Chemie eingesetzt werden. Die Handhabung von Gemischen von Flusssäure und Salpetersäure stellt be sondere technische Ansprüche an die Apparaturen. Diese müssen eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegenüber Flusssäure, aufweisen. Sämtliche druckbeständigen Komponenten, z.B. der optische Kopf der Bearbeitungsvorrichtung oder die Leitung zwischen Pumpe und Lasereinkopplungseinheit sind vorzugsweise aus Hastelloy-Stählen gestaltet und mit einem flusssäurefesten Überzug versehen. Dieser flusssäurefeste Überzug besteht vorzugsweise aus einem Copolymer aus Ethylen und Chlortrifluorethylen, auch bekannt unter E-CTFE. In den Fällen, in denen keine hohe thermische Belastbarkeit oder sehr hohe Druckbeständigkeit erforderlich ist, wie z.B. in der Bearbeitungskammer, wird vorzugsweise Polytetrafluorethylen als flusssäurefester Überzug eingesetzt.
  • Eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Ätzmedium zusätzlich eine starke Lewis-Säure, wie z.B. Bortrichlorid und Aluminiumtrichlorid, enthält. Durch diese Zusätze kann die Zersetzungsneigung der Ätzmedien unter bestimmten Bedingungen, z.B. für Sulfurylchlorid und Thionylchlorid, erhöht werden und damit die Reaktivität des Ätzmediums gesteigert werden.
  • Damit die eingestrahlte Strahlungs-Energie effektiv genutzt werden kann, ist es bevorzugt, dem Ätzmedium zusätzlich Strahlabsorber zuzusetzen, welche die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung zum Teil absorbieren und dadurch angeregt werden. Beim Rückfall in den Grundzustand wird die freiwerdende Energie an bestimmte Komponenten des Ätzmediums oder des zu bearbeitenden Festkörpers abgegeben, die dadurch ihrerseits aktiviert oder angeregt und somit reaktiver werden. Das Spektrum der Aktivierungs- oder Anregungsform reicht hierbei von einer rein thermischen bis hin zu einer rein chemischen (Elektronentransfer)-Anregung. Als Strahlungsabsorber werden vorzugsweise Farbstoffe, insbesondere Eosin, Fluorescein, Phenolphtalein, Bengalrosa als Adsorber im sichtbaren Bereich des Lichts eingesetzt. Als UV-Absorber werden vorzugsweise polyzyklische aromatische Verbindung, z.B. Pyren und Naphtacen, verwendet. Neben einer Steigerung der effektiven Nutzung der eingestrahlten Energie ist durch die Strahlungsabsorber auch ein breiteres Spektrum an nutzbarer Strahlung für das erfindungsgemäße Verfahren gegeben.
  • Die Aktivierung des Ätzmediums kann auch auf radikalischem Wege durch Zusatz von Radikalstartern, z.B. Dibenzouyl-Peroxid oder Azoisobutyronitril (AIBN), erfolgen, die dem Ätzmedium zugesetzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ganz besonders zum Materialabtrag an Silicium-Festkörpern. Diese können amorph-, poly- oder monokristallin sein. Bevorzugt werden damit Silicium-Wafer bahandelt.
  • Das vorliegende Verfahren ermöglicht eine schnelle, einfache und kostengünstige Bearbeitung von Festkörpern, insbesondere aus Silicium, z.B. eine Mikrostrukturierung, Schneiden Dotieren von Festkörpern und/oder die lokale Abscheidung von Fremdelementen auf Festkörpern, insbesondere das Schneiden von Siliciumblöcken in einzelne Wafer. Dabei bringt der Strukturierungsschritt keine Kristallschädigungen in das Festkörpermaterial ein, sodass die Festkörper oder geschnittenen Wafer keine für den Stand der Technik übliche nasschemische Schadenätze benötigen. Zudem wird der bisher anfallende Schneidabfall über eine angeschlossene Recycling-Einrichtung wiederverwertet, sodass der Gesamtschnittverlust insbesondere beim Wafer-Schneiden drastisch reduziert werden kann (z.B. um 90%). Dies wirkt sich unmittelbar minimierend auf die Produktionskosten der auf diese Weise bearbeiteten Siliciumkomponenten aus, wie z.B. auf die nach wie vor relativ hohen Herstellungskosten für Solarzellen.
  • Ebenso ist das Verfahren zur Metallisierung von Festkörpern, insbesondere Silicium-Wafern anwendbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann, wie bereits erwähnt, auf beliebige Festkörper angewendet werden, insofern das verwendete Chemikaliensystem ähnliche Ätzwirkung entfaltet.
  • Die Erfindung betrifft ebenso eine Vorrichtung zum Materialabtrag an Festkörpern umfassend mindestens eine Düse zur Erzeugung mindestens eines Flüssigkeitsstrahls, wobei nach der Düse eine Strahlungsquelle zur Aktivierung eines in der Trägerflüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls enthaltenen aktivierbaren Ätzmediums angeordnet ist. Die vorteilhaften Ausführungsformen der Vorrichtung finden sich auch im Rahmen des im Vorausgehenden beschriebenen Verfahrens wieder.
  • Anhand der nachfolgenden 1 bis 3 wird der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert, ohne diesen auf die hier gezeigte spezielle Ausführungsform einschränken zu wollen. Die den Flüssigkeitsstrahl erzeugende Düse ist dabei nicht abgebildet.
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Flüssigkeitsstrahl 1 von einer ringförmig angeordneten, als Strahlungsquelle fungie renden Blitzlichtlampe 3 umgeben wird. Der Flüssigkeitsstrahl besitzt dabei einen Durchmesser von ca. 0,1 cm. Je nach Verwendungszweck des Verfahrens kann dabei aber auch ein größerer oder kleinerer Durchmesser verwendet werden. Zur besseren Quantenausbeute ist zusätzlich ein konkav geformter Spiegel 2, 2' mit integriert, der bei dieser Ausführungsform aus 2 Halbschalen besteht und so angeordnet ist, dass der Flüssigkeitsstrahl 1 annähernd im Brennpunkt liegt und somit das von der Blitzlichtlampe 3 abgegebene Licht möglichst auf den Flüssigkeitsstrahl 1 fokussiert wird.
  • 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere Flüssigkeitsstrahlen 1 parallel geführt werden. Dadurch wird der Ätzeffekt um ein Mehrfaches verstärkt. Besonders bevorzugt ist es, wenn jeder Flüssigkeitsstrahl einzeln mit einer eigenen Strahlungsquelle 3 umgeben ist, es ist aber auch eine Ausführungsform denkbar, bei der eine einzelne Strahlungsquelle 3 alle Flüssigkeitsstrahlen 1 bestrahlt.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der zusätzlich nach der ersten Aktivierung eine weitere Aktivierung durch eine Bestrahlung 5 des Ätzmediums erfolgt, wobei sich das Ätzmedium bereits auf dem Substrat befindet, beispielsweise in dem durch das Verfahren erzeugten Graben 4. Die Strahlungsquelle zur Aktivierung des Ätzmediums ist hierbei nicht abgebildet.

Claims (48)

  1. Verfahren zum Materialabtrag an Festkörpern mittels mindestens einem Flüssigkeitsstrahl (1), der durch eine Düse erzeugt wird, bei dem zur Unterstützung des Materialabtrags ein aktivierbares Ätzmedium, das der Trägerflüssigkeit zugesetzt ist, aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Aktivierung des aktivierbaren Ätzmediums nach Austritt aus der den Flüssigkeitsstrahl (1) erzeugenden Düse erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierung durch Bestrahlung erfolgt.
  3. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung durch eine ringförmig um den Flüssigkeitsstrahl (1) angeordnete Strahlungsquelle (3) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung durch eine zum (1) Flüssigkeitsstrahl (1) lokal beabstandete Strahlungsquelle (3) erfolgt.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung im Wesentlichen senkrecht zum Flüssigkeitsstrahl (1) erfolgt.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Be strahlung eine den Flüssigkeitsstrahl (1) und die Strahlungsquelle (3) zumindest teilweise umgebende Verspiegelung (2, 2') eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Bestrahlung eine photo- und/oder thermochemische Aktivierung des Ätzmediums erfolgt.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung im W-Bereich des elektromagnetischen Spektrums und dadurch eine im Wesentlichen photochemische Aktivierung des Ätzmediums erfolgt.
  9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums und dadurch eine im Wesentlichen thermochemische Aktivierung des Ätzmediums erfolgt.
  10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums und dadurch eine im Wesentlichen photochemische Aktivierung erfolgt.
  11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestrahlung mit inkohärentem Licht erfolgt.
  12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung kontinuierlich erfolgt.
  13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung gepulst erfolgt.
  14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung über eine UV-Lichtquelle, vorzugsweise eine Quecksilberdampflampe, Photodiode und/oder eine Blitzlichtlampe erfolgt.
  15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich, im Bereich des Auftreffens des Flüssigkeitsstrahls (1) auf den Festkörper, eine erneute Aktivierung des Ätzmediums durch Bestrahlung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10 erfolgt.
  16. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Flüssigkeitsstrahlen (1) parallel geführt werden.
  17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Laser parallel in den Flüssigkeitsstrahl (1) eingekoppelt wird.
  18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus wasserfreien halogenhaltigen organischen oder anorganischen Verbindungen und deren Gemischen.
  19. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium mindestens einen geradkettigen, verzweigten, aliphatischen, cycloaliphatischen und/oder aromatischen C1-C12-Kohlenwasserstoff, der zumindest teilweise halogeniert ist, enthält.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Bromoform, Dichlormethan und Gemischen hiervon.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium zusätzlich elementare Halogene in flüssiger Form, z.B. Brom und Iod, Interhalogenverbindungen, z.B. Iodmonochlorid oder Iodtrichlorid, oder halogenierte Kohlenwasserstoffe in fester Form, z.B. Iodoform, enthält.
  22. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe der halogenhaltigen Schwefel- und/oder Phosphorverbindungen enthält.
  23. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Sulfurylchlorid, Thionylchlorid, Schwefeldichlorid, Dischwefeldichlorid, Phosphortrichlorid, Phosphorpentachlorid, Phosphporylchlorid und deren Gemischen.
  24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzmedium ein Gemisch aus Salpetersäure sowie Flusssäure, Ammoniumfluorid oder Ammoniumbifluorid in einem wässrigen oder organischen Lösungsmittel eingesetzt wird.
  25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzme dium zusätzlich Lewis-Säuren, insbesondere Bortrichlorid oder Aluminiumtrichlorid, enthält.
  26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium zusätzlich mindestens einen Radikalstarter enthält.
  27. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Radikalstarter ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Dibenzoyl-Peroxid und Azoisobutyronitril.
  28. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium zusätzlich mindestens einen Strahlungsabsorber enthält.
  29. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsabsorber ein Farbstoff, insbesondere Eosin, Fluorescein, Phenolphthalein und/oder Bengalrosa ist.
  30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsabsorber eine polycyclische aromatische Verbindung, insbesondere Pyren oder Naphthacen ist.
  31. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Festkörper aus Silicium verwendet wird.
  32. Vorrichtung zum Materialabtrag an Festkörpern umfassend mindestens eine Düse zur Erzeugung mindestens eines Flüssigkeitsstrahls (1), dadurch gekennzeichnet, dass nach der Düse eine Strahlungsquelle (3) zur Aktivierung eines in der Trägerflüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls (1) enthaltenen aktivierbaren Ätzmediums angeordnet ist.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) ringförmig um den Flüssigkeitsstrahl (1) angeordnet ist.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) lokal beabstandet zum Flüssigkeitsstrahl (1) angeordnet ist.
  35. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) so angeordnet ist, dass eine im Wesentlichen senkechte Bestrahlung des Flüssigkeitsstrahls (1) erfolgt.
  36. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine im UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegende Strahlung abgebende Strahlungsquelle (3) ist.
  37. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine Quecksilberdampflarnpe, Photodiode und/oder eine Blitzlichtlampe ist.
  38. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegende Strahlung abgebende Strahlungsquelle (3) ist.
  39. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegende Strahlung abgebende Strahlungsquelle (3) ist.
  40. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine inkohärente Strahlungsquelle (3) ist.
  41. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine kontinuierlich Strahlung abgebende Strahlungsquelle (3) ist.
  42. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (3) eine gepulst Strahlung abgebende Strahlungsquelle (3) ist.
  43. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Verstärkung der Einkoppelung der Strahlung in den Flüssigkeitsstrahl (1) eine den Flüssigkeitsstrahl (1) sowie die Strahlungsquelle (3) zumindet teilweise umfassende Verspiegelung (2, 2') vorhanden ist.
  44. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 32 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Laser parallel in den mindestens einen Flüssigkeitsstrahl (1) eingekoppelt ist
  45. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 31 zum Schneiden, Mikrostrukturieren, Dotieren von Festkörpern und/oder lokalen Abscheiden von Fremdelementen auf Festkörpern.
  46. Verwendung nach vohergehendem Anspruch zum Schneiden, Mikrostrukturieren, Dotieren von Silcium-Wafern und/oder lokalen Abscheiden von Fremdelementen auf Silcium-Wafern.
  47. Verwendung nach mindestens einem der Anspüche 45 und 46, zur Metallisierung von Festkörpern, vorzugsweise Silicium-Wafern.
  48. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 31 zur Erzeugung von Schnittgräben.
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