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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dämpferstrukturen an einem mikromechanischen Wafer.
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Manche MEMS-Sensoren (z.B. Drehratensensoren) müssen je nach Einbauort und Anforderungen vibrationsgedämpft gelagert werden (beispielsweise Fahrdynamik-Sensoren im Motorraum). Hier sind bereits verschiedene, aufwändige Lösungen im Einsatz, die teilweise die gesamte Platine abfedern oder auch das Sensormodul in seiner Umverpackung. Alternativ ist es möglich, ein mikromechanisches Bauelement auf Si-Chiplevel zu dämpfen, indem es auf eine Silikonstruktur aufgebracht wird. Dies soll zusätzlich den mechanischen Stress bei Temperaturschwankungen mildern.
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Herausfordernd bzw. aufwändig und kostspielig ist bei den bisherigen Lösungen der Aufbau, der mehrmaliges Kleben und sehr genaue Positionierungen erfordert. Ein Realisieren der Dämpferstrukturen auf Wafer-Level und ein Verbinden mit dem Sensorwafer und ein anschließendes gemeinsames Vereinzeln erlaubt eine einfachere und genauere Positionierung und erfordert weniger Arbeitsschritte.
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In der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung
DE 102018222685.7 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Vorrichtung mit Dämpferstruktur beschrieben, wobei die Dämpferstruktur auf Wafer Level an einem mikromechanischen Wafer hergestellt wird.
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In der Halbleitertechnologie sind weiterhin Transferfolien zur Übertragung dünner Schichten bekannt.
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Aufgabe
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Dämpferstrukturen an einem mikromechanischen Wafer zu schaffen, welches einfacher und möglichst auch kostengünstiger ist, als bekannte Lösungen im Stand der Technik.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dämpferstrukturen an einem mikromechanischen Wafer mit den Schritten:
- (A) Bereitstellen einer Randklebefolie und eines Abform-Wafers mit einer ersten Seite mit einer Abformstruktur;
- (B) Aufbringen der Randklebefolie auf die erste Seite des Abform-Wafers bei einem geringen atmosphärischen Druck;
- (C) Anlegen der Randklebefolie an die erste Seite des Abform-Wafers durch Erhöhen des atmosphärischen Drucks;
- (D) Verfüllen der Abformstrukturen mit einem Klebstoff;
- (E) Aushärten des Klebstoffs zur Bildung von Dämpferstrukturen;
- (F) Verbinden der Dämpferstrukturen mit einer zweiten Seite eines mikromechanischen Wafers.
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Vorteilhaft können durch das erfindungsgemäße Verfahren direkt abgeformte Dämpferstrukturen aus dem beschriebenen Schichtsystem auf Wafer-Level gebildet werden und auf dem mikromechanischen Wafer genau positioniert werden. Dies hat den Vorteil, dass der genaue und aufwändige Schritt der Positionierung und Montage zwischen Dämpfer und Sensor nicht für jedes Sensor-Dämpfer-Paar einzeln erfolgen muss, sondern für mehrere tausend Sensoren auf einmal erfolgt. Auf können hier bekannte Positionierungsverfahren aus der Lithographie zur Wafer-Masken-Justage verwendet werden, mit Justagestrukturen zum optischen Alignment (Ausrichtung). Eine genauere und wiederholbare Ausrichtung von Dämpfer zu Sensor erlaubt auch die Auslegung und Konstruktion genau passender Dämpferstrukturen und damit auf die Anforderungen genau zugeschnittene Dämpfunseigenschaften. Desweiteren können die Schritte zum Aufbringen der Dämpferstrukturen in vorteilhaft abgestimmt und kombiniert werden mit dem Rückdünnen (Schleifen, Polieren) des Waferstapels und der späteren Vereinzelung der Sensor-Dämpfer-Kombination (beispielsweise durch Sägen oder Laserschneiden).
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Dämpferstrukturen an einem mikromechanischen Wafer.
- 2 zeigt beispielhaft einen Abformwafer mit Bereichen verschiedener Abformstrukturen
- Die 3 a und b zeigen schematisch die Schritte (B) und (C) in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Die 4 a, b und c zeigen schematisch die Schritte (D), (E) und (F) in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Die 5 a, b, c und d zeigen schematisch die Schritte (D), (E) und (F) in einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Dämpferstrukturen an einem mikromechanischen Wafer. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- (A) Bereitstellen einer Randklebefolie und eines Abform-Wafers mit einer ersten Seite mit einer Abformstruktur;
- Eine Randklebefolie (engl.: edge glue tape, EGT), vorzugsweise aufgespannt auf einen Rahmen oder Halter, wird zum Aufbringen auf die erste Seite eines Abform-Wafers bereitgestellt. Ebenso wird der Abform-Wafers mit einer ersten Seite mit einer Abformstruktur bereitgestellt. Der Abform-Wafer kann hierbei ein Halbleiter-Wafer, insbesondere ein herkömmlicher Siliziumwafer sein. Der Abform-Wafer kann aber auch ein strukturiertes Glassubstrat, insbesondere ein UV durchlässiges Glassubstrat, beispielsweise aus Borosilikat sein. Die Abformstruktur ist im Wesentlichen eine Komplementär-Struktur oder ein Negativ für die herzustellenden Dämpferstrukturen. Randklebefolie und Abform-Wafer werden in einer Prozesskammer, insbesondere einer Vakuumkammer bereitgestellt.
- (B) Aufbringen der Randklebefolie auf die erste Seite des Abform-Wafers bei einem geringen atmosphärischen Druck;
- Die Prozesskammer wird evakuiert. Anschließend wird die Randklebefolie auf die erste Seite des Abform-Wafers aufgebracht.
- (C) Anlegen der Randklebefolie an die erste Seite des Abform-Wafers durch Erhöhen des atmosphärischen Drucks;
- Der atmosphärische Druck in der Prozesskammer wird wieder erhöht. Strömt die Luft (oder das Gas) wieder in die Vakuumkammer, so legt sich die Randklebefolie dicht an den Abform-Wafer und insbesondere an die Abformstruktur an. Optional kann die Randklebefolie auch erwärmt werden, wodurch sich die Abformstruktur in die Folie noch besser überträgt. Wärme kann also zugeführt werden, um das Anlegen der Folie und Umschließen der Abformstrukturen an der ersten Seite zu unterstützen.
- (D) Verfüllen der Abformstrukturen mit einem Klebstoff.
- Der Klebstoff dient dazu, die Abformstrukturen auszufüllen. Er bildet im Wesentlichen die zukünftigen Dämpferstrukturen. Der Klebstoff soll außerdem gut an der zweiten Seite des mikromechanischen Wafers haften. Als Klebstoff sind beispielsweise Harze, insbesondere UV härtendes Harz, geeignet. Alternativ ist Flüssig-Silikon (engl. liquid silicon rubber, LSR), insbesondere UV härtendes LSR, geeignet. Vorteile des LSR sind gute Dämpfungseigenschaften und gute Temperaturbeständigkeit.
- (E) Aushärten des Klebstoffs zur Bildung von Dämpferstrukturen.
- UV-härtender Klebstoff wird in diesem Schritt mittels UV-Beleuchtung, vorzugsweise durch den Abform-Wafer, ausgehärtet. UV-aktivierter Klebstoff wird vor dem Aushärten belichtet. Das Aushärten des Klebstoffs kann durch Wärme unterstützt werden.
- (F) Verbinden der Dämpferstrukturen mit einer zweiten Seite eines [SM(1]mikromechanischen Wafers.
- Der mikromechanische Wafer ist ein Wafer mit oberflächen-mikromechanischen Strukturen auf einer Vorderseite und mit einer gegenüberliegenden Rückseite, üblicherweise dem Substrat. Die Dämpferstrukturen können mit der Rückseite des mikromechanischen Wafers verbunden werden. Der mikromechanische Wafer kann auf seiner Vorderseite durch einen Deckelwafer verkappt sein. In diesem Fall können die Dämpferstrukturen auch mit einer Außenseite des Deckelwafers verbunden werden. Die zweite Seite des mikromechanischen Wafers kann also die Rückseite oder die Deckelaußenseite sein.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt (D) zunächst eine Folie, beispielweise aus Polyethylenterephthalat (PET Folie) auf einem ebenen Träger bereitgestellt und anschließend der Klebstoff auf die PET Folie aufgetragen. Bei der Folie handelt es sich vorzugsweise um DAF Tape (engl.: die attach film). Andere einschichtige oder mehrschichtige Folien aus Kunststoff oder auch anderen geeigneten Materiealien können gleichfalls verwendet werden. Danach wird im Schritt (E) der Kleber ausgehärtet. Dies geschieht bevorzugt durch UV-Beleuchtung des Klebstoffs durch den Träger und die PET Folie hindurch. Danach wird der Träger entfernt. Die Dämpferstrukturen werden vom Abform-Wafer abgelöst und im Schritt (F) mit der zweiten Seite des mikromechanischen Wafers verbunden. Die Dämpferstrukturen können wahlweise mit oder ohne die PET Folie oder auch die Randklebefolie mit der zweiten Seite des mikromechanischen Wafers verbunden werden.
Alternativ können die Dämpferstrukturen erst mit der zweiten Seite des mikromechanischen Wafers verbunden werden, und danach wird der Abform-Wafer abgelöst.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird schon im Schritt (D) der mikromechanische Wafer bereitgestellt. Der Klebstoff wird auf die zweite Seite des mikromechanischen Wafers oder auf die erste Seite des Abform-Wafers (mittelbar mittels der Randklebefolie) aufgetragen.
Danach erfolgt ein Zusammenpressen der ersten Seite des Abform-Wafers und der zweiten Seite des mikromechanischen Wafers mit dem Klebstoff dazwischen. Das Aushärten des Klebstoffs im Schritt (E) und das Verbinden der Dämpferstrukturen mit der zweiten Seite eines mikromechanischen Wafers im Schritt (F) finden dann in einem Herstellungsschritt statt. Bevorzugt wird UV-aktivierter Klebstoff verwendet, welcher vor dem Zusammenpressen mit UV-Strahlung beleuchtet wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Klebstoff thermisch ausgehärtet. Alternativ wird UV-härtender Klebstoff verwendet. Die UV-Beleuchtung kann durch den Abform-Wafer erfolgen, wenn dieser Wafer UV durchlässig ist. Hierzu kann beispielsweise ein Glaswafer aus Borosilikat eingesetzt werden.
Nach dem Aushärten des Klebstoffs wird der Abform-Wafer von den Dämpfungsstrukturen abgelöst.
Optional kann zusätzlich die Randklebefolie von den Dämpferstrukturen abgelöst werden.
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2 zeigt beispielhaft einen Abformwafer mit Bereichen verschiedener Abformstrukturen wie er im Verfahrensschritt (A) bereitgestellt wird.
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Die 3 a und b zeigen schematisch die Schritte (B) und (C) in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Abformwafer 1 liegt positioniert auf einer Heizplatte 2 in einer Vakuumkammer 3 (3a).
Nach Anlegen eines Unterdrucks, insbesondere Vakuum von < 1 mbar wird die auf einen Rahmen 4 aufgespannte Randklebefolie 5 auf den Abformwafer 1 aufgebracht oder auch angepresst und erwärmt. Erhöht man den atmosphärischen Druck in der Vakuumkammer, so schmiegt sich die Randklebefolie an die Abformstrukturen an und verfestigt sich bei Verringerung der Temperatur wieder (3b).
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Die 4 a, b und c zeigen schematisch die Schritte (D), (E) und (F) in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Abformwafer 1 liegt mit der Randklebefolie 5 nach oben weisend. Die Abformstrukturen werden von oben mit Klebstoff 6 verfüllt. Dies kann durch genaues Dispensen in einzelne Strukturen erfolgen, oder durch mittiges Auftragen einer abgemessenen Menge. Nun wird von oben der mikromechanische Wafer 7, beispielsweise ein verkappter Sensorwafer, justiert und aufgepresst (4 a).
Der Klebstoff 6 füllt die Räume im Abformwafer 1 und bildet die Dämpferstrukturen. Der Klebstoff oder das LSR werden durch UV-Bestrahlung 8, beispielsweise von der Unterseite her, oder durch Hitze ausgehärtet und verbinden sich mit dem mikromechanischen Wafer (4 b).
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Zum Schluss wird die Randklebefolie 5 vom Abformwafer 1 getrennt, und man erhält den mikromechanischen Wafer 7 verbunden mit den Dämpferstrukturen bestehend aus Klebstoff oder LSR 6 und Randklebefolie 5 (4 c).
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Die 5 a, b, c und d zeigen schematisch die Schritte (D), (E) und (F) in einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Abformwafer 1 liegt mit der Randklebefolie 5 nach oben. Die Abformstrukturen werden mit Klebstoff 6 verfüllt. Dies kann durch genaues Dispensen in einzelne Strukturen erfolgen, oder durch mittiges Auftragen einer abgemessenen Menge. Nun wird von oben ein mit einem weiteren Rahmen 9 aufgespanntes DAF-Tape (engl.: die-attach film) 10 mittels eines Stempels 11 aufgepresst (5 a).
Der Klebstoff 6 füllt die Räume im Abformwafer 1 zwischen Randklebefolie 5 und DAF-Tape 10 und bildet gemeinsam mit den Folien die Dämpferstrukturen. Der Klebstoff (oder das LSR) 6 werden durch UV-Bestrahlung 8, beispielsweise von der Unterseite, oder durch Hitze ausgehärtet und verbinden sich mit der Randklebefolie 5 und dem DAF Tape 10 (5 b).
Nach dem Aushärten fährt der Stempel 11 nach oben und der Verbund von DAF-Tape 10, Klebstoff 6 und Randklebefolie 5 kann mit dem weiteren Rahmen 9 vom Abformwafer 1 abgenommen werden. Danach kann diese Struktur zum mikromechanischen Wafer 7 justiert werden, und das DAF Tape 10 wird mit dem mikromechanischen Wafer verbunden (5 c).
Man erhält den mikromechanischen Wafer 7 verbunden mit den Dämpferstukturen bestehend aus DAF Tape 10, Klebstoff oder LSR 6 und Randklebefolie 5 (5 d).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abformwafer
- 2
- Heizplatte
- 3
- Vakuumkammer
- 4
- Rahmen
- 5
- Randklebefolie
- 6
- Klebstoff
- 7
- mikromechanischer Wafer
- 8
- UV Bestrahlung
- 9
- weiterer Rahmen
- 10
- DAF Tape
- 11
- Stempel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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