DE10315068B3 - Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht wird eine Anordnung aus einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat bereitgestellt, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat über eine Opferschicht und mindestens eine strukturierte Schicht miteinander verbunden sind und Mikrokanäle bilden. Außerdem wird eine Vorrichtung mit einem Gehäuse, einer ersten Öffnung in dem Gehäuse, einer zweiten Öffnung in dem Gehäuse und einer Dichtungsvorrichtung in der zweiten Öffnung bereitgestellt. Die Anordnung wird zumindest teilweise durch die zweite Öffnung in das Gehäuse eingeführt. Zwischen der Anordnung und dem Rand der zweiten Öffnung wird mit Hilfe der Dichtungsvorrichtung ein dichter Abschluss hergestellt. In das Gehäuse wird durch die erste Öffnung ein Mittel zum Entfernen der Opferschicht eingeführt. Durch die zweite Öffnung wird das Mittel zum Entfernen der Opferschicht aus dem Gehäuse entweichen, wobei sich das Mittel zum Entfernen der Opferschicht durch die Mikrokanäle der Anordnung bewegt und dabei die Opferschicht entfernt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Das Entfernen einer Opferschicht erfolgt in der Halbleitertechnologie typischerweise durch einen Ätzvorgang. Der Angriff des Ätzmittels geschieht dabei in herkömmlicher Weise ganzflächig an den zu entfernenden Schichten.
  • Außerdem sind aber auch Anordnungen in der Halbleitertechnologie bekannt, die einen ganzflächigen Angriff des Ätzmittels nicht ermöglichen.
  • Bei solchen Anordnungen handelt es sich in der Regel um gestapelte, miteinander verbundene Substrate mit einer Opferschicht in dem Substratstapel.
  • Aus der US 6,382,292 B1 ist bekannt in solchen Anordnungen die Opferschicht mit Hilfe eines gezielten Flüssigkeitsstrahl von der Seite aus zu entfernen.
  • Die DE 198 40 421 C2 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Ätzmittel durch kanalförmige Strukturen - insb. unter Druck - an die Opferschicht herangeführt wird.
  • Die DE 196 54 791 A1 beschreibt dagegen. ein Verfahren, bei dem das Ätzmittel von oben in Durchgangslöcher eingegeben wird. Diese sind in einem Halbleiterfilm vorgesehen, der auf einem Substrat über eine Trennschicht angeordnet ist. Die Trenn- schicht dient als Opferschicht und wird ausgehend von den Durchgangslöchern weggeätzt.
  • Aus der älteren, nachveröffentlichten DE 10206919 A1 als auch aus der US 6,332,568 B1 sind mikromechanische Strukturen bekannt, die den ganzflächigen Angriff des Ätzmittels auf die Opferschicht ebenfalls nicht ermöglichen. Bei diesen beschriebenen Strukturen muss das Ätzmittel zuerst vom Waferrand bis zur Wafermitte durch Mikrokanäle mit Hilfe von Kapillarkräften vordringen. Der Nachschub von Ätzmittel zur Opferschicht erfolgt dann durch Diffusion. Der Abtransport der Ätzprodukte aus dem Wafer heraus muss ebenfalls durch Diffusion stattfinden. Dieser Vorgang ist sehr zeitaufwendig. Bei üblicherweise verwendeten 6''-Wafern mit einer Opferschicht aus Kupfer und einer Opferschichtdicke von typischerweise < 5 μm ergeben sich in durchgeführten Versuchen Ätzzeiten von > 14 Stunden. Dadurch werden die vorhandenen Schutzstrukturen stark belastet und ihre mechanischen und chemischen Eigenschaften verändert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Transportzeiten eines Mittels zum Entfernen einer Opferschicht und deren Folgeprodukte zu verkürzen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht mit folgenden Schritten gelöst:
    • a) Bereitstellen einer Anordnung aus einem ersten Substrat und einem zweiten Substrat, wobei das erste Substrat und das zweite Substrat über eine Opferschicht und mindestens eine strukturierte Schicht miteinander verbunden sind und Mikrokanäle bilden,
    • b) Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem Gehäuse, einer ersten Öffnung in dem Gehäuse, einer zweiten Öffnung in dem Gehäuse und einer Dichtungsvorrichtung in der zweiten Öffnung,
    • c) zumindest teilweises Einführen der Anordnung durch die zweite Öffnung in das Gehäuse,
    • d) Herstellen eines dichten Abschlusses zwischen der Anordnung und dem Rand der zweiten Öffnung mit Hilfe der Dichtungsvorrichtung,
    • e) Einführen eines Mittels zum Entfernen der Opferschicht in das Gehäuse durch die erste Öffnung, und
    • f) Entweichen des Mittels zum Entfernen der Opferschicht aus dem Gehäuse durch die zweite Öffnung, wobei sich das Mittel zum Entfernen der Opferschicht durch die Mikrokanäle der Anordnung bewegt und dabei die Opferschicht entfernt.
  • Durch dieses Verfahren lässt sich ein kontinuierlicher Durchfluss des Mittels zum Entfernen der Opferschicht, wie z. B. Ätz- oder Lösemittel, durch die Mikrokanäle zwischen den Wafern erzeugen. Die Diffusionswege des Mittels zum Entfernen der Opferschicht werden somit erheblich verkürzt und der Vorgang der Opferschichtentfernung deutlich beschleunigt.
  • Bevorzugt wird als Material für die Opferschicht ein selektiv entfernbares Material verwendet. Durch gezielte Auswahl des Mittels zum Entfernen der Opferschicht wird somit nur die Opferschicht entfernt, ohne die benachbarten Strukturen zu beeinträchtigen.
  • Typischerweise wird als Mittel zum Entfernen der Opferschicht ein Ätzmittel verwendet. Ätzmittel sind in der Halbleiter technologie seit langem bekannt und gut erforscht. Dadurch lassen sich gezielt Ätzmittel zur selektiven Entfernung der Opferschicht auswählen.
  • In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Mittel zum Entfernen der Opferschicht ein Lösungsmittel verwendet. Somit lassen sich auch alternative Materialien, wie z. B. Kleber als Opferschicht verwenden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Mittel zum Entfernen der Opferschicht mit Überdruck in das Gehäuse eingeführt. Dadurch wird der Transport durch die Mikrokanäle beschleunigt und es wird sichergestellt, dass alle Mikrokanäle mit dem Mittel zum Entfernen der Opferschicht durchströmt werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß außerdem gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht bestehend aus
    • a) einem Gehäuse,
    • b) einer ersten Öffnung in dem Gehäuse,
    • c) einer zweiten Öffnung in dem Gehäuse, und
    • d) einer Dichtungsvorrichtung in der zweiten Öffnung.
  • Diese Vorrichtung ist geeignet um einem kontinuierlichen Durchfluss des Mittels zum Entfernen der Opferschicht, wie z. B. Ätz- oder Lösemittel, durch die Mikrokanäle zwischen den Wafern zu erzeugen. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Gehäuse und die Dichtungsvorrichtung aus einem Werkstoff bestehen, der durch das Mittel zum Entfernen der Opferschicht nicht verändert wird. Somit lässt sich die Vorrichtung häufiger verwenden und es führt zu keinen unerwünschten Nebeneffekten, wie z. B. Verunreinigungen während des Entfernungsprozess der Opferschicht.
  • Vorteilhafter Weise ist an der erfindungsgemäßen Vorrichtung die erste Öffnung an einer ersten Seite des Gehäuses und die zweite Öffnung an einer zweiten Seite des Gehäuses, die der ersten Seite gegenüberliegt. Dadurch lässt sich auf einfache Weise das Mittel zum Entfernen der Opferschicht gleichmäßig durch das Gehäuse führen.
  • Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, wenn durch die zweite Öffnung die Anordnung zumindest teilweise in das Gehäuse eingeführt werden kann. Somit lässt sich das Mittel zum Entfernen der Opferschicht auch durch die Anordnung führen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die zweite Öffnung die Form eines Querschnitts der Anordnung hat, wobei die zweite Öffnung größer ist als der Querschnitt der Anordnung. Das erleichtert das Einführen der Anordnung in die zweite Öffnung und ermöglicht eine einfache Abdichtung des verbleibenden Spalts zwischen der eingeführten Anordnung und dem Rand der zweiten Öffnung.
  • Bevorzugterweise hat die zweite Öffnung die Form eines Schlitzes. Dadurch wird das Einführen eines oder mehrerer miteinander verbundenen Wafer ermöglicht.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, wenn die Dichtungsvorrichtung in der zweiten Öffnung den Spalt zwischen den Rändern der zweiten Öffnung und einer durch die zweite Öffnung zumindest teilweise in das Gehäuse eingeführten Anordnung verschließt. Somit wird verhindert, dass das Mittel zum Entfernen der Opferschicht durch diesen Spalt zwischen den Rändern der zweiten Öffnung und der eingeführten Anordnung aus dem Gehäuse austritt. Das Mittel zum Entfernen der Opferschicht muss zum Entweichen aus dem Gehäuse durch die Mikrokanäle in der Anordnung hindurch. Somit wird ein kontinuierlicher Durchfluss des Mittels zum Ent fernen der Opferschicht durch die Mikrokanäle erreicht, was zu kürzeren Diffusionswegen und dadurch zu einer Beschleunigung des Entfernungsprozesses der Opferschicht führt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dichtungsvorrichtung eine Gummilippe ist. Somit wird ein besonders einfaches Abdichten des Spalts zwischen den Rändern der zweiten Öffnung und der eingeführten Anordnung ermöglicht.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels bezugnehmend auf die 1 und 2 erläutert. Es zeigen:
  • 1 schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfernen einer Opferschicht mit einer teilweise eingeführten Anordnung.
  • 2 schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfernen einer Opferschicht mit einer eingeführten Anordnung.
  • In 1 ist in einer schematischen Draufsicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entfernen einer Opferschicht dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, das in dem gezeigten Beispiel trapezförmig ist. In das Gehäuse 1 ist durch eine zweite Öffnung 11 eine Anordnung 2 zur ca. 50% eingeführt. Durch eine erste Öffnung 10 wird ein Mittel zum Entfernen der Opferschicht in das Gehäuse 1 eingeführt. In 1 ist dies durch Pfeile angedeutet. Das Mittel zum Entfernen der Opferschicht ist ein Ätz- oder Lösemittel.
  • In 2 ist in einer schematischen Querschnittsansicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer eingeführten Anordnung 2 dargestellt. Die Anordnung 2 besteht aus einem ersten Substrat 3 und einem zweiten Substrat 4. Das erste Substrat 3 und das zweite Substrat 4 sind durch eine erste strukturierte Schicht 5, eine zweite strukturierte Schicht 6 und eine Opferschicht 7 miteinander verbunden. Die erste strukturierte Schicht 5 und die zweite strukturierte Schicht 6 bilden Hohlräume 8 und Mikrokanäle 9 zwischen dem ersten Substrat 3 und der Opferschicht 7. In 2 ist die Anordnung 2 in das Gehäuse 1 eingeführt, wobei die Ränder der Anordnung 2 mit den Rändern des Gehäuses 1 dicht abschließen. Dies erfolgt bevorzugter Weise durch eine Dichtungsvorrichtung.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer Anordnung (2) aus einem ersten Substrat (3) und einem zweiten Substrat (4), wobei das erste Substrat (3) und das zweite Substrat (4) über eine Opferschicht (7) und mindestens eine strukturierte Schicht (5,6) miteinander verbunden sind und Mikrokanäle (9) bilden, b) Bereitstellen einer Vorrichtung mit einem Gehäuse (1), einer ersten Öffnung (10) in dem Gehäuse (1), einer zweiten Öffnung (11) in dem Gehäuse und einer Dichtungsvorrichtung in der zweiten Öffnung (11), c) zumindest teilweises Einführen der Anordnung (2) durch die zweite Öffnung (11) in das Gehäuse (1), d) Herstellen eines dichten Abschlusses zwischen der Anordnung (2) und dem Rand der zweiten Öffnung (11) mit Hilfe der Dichtungsvorrichtung, e) Einführen eines Mittels zum Entfernen der Opferschicht in das Gehäuse (1) durch die erste Öffnung (10), und f) Entweichen des Mittels zum Entfernen der Opferschicht aus dem Gehäuse (1) durch die zweite Öffnung (11), wobei sich das Mittel zum Entfernen der Opferschicht durch die Mikrokanäle (9) der Anordnung (2) bewegt und dabei die Opferschicht (7) entfernt.
  2. Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Opferschicht (7) ein selektiv entfernbares Material verwendet wird.
  3. Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Entfernen der Opferschicht ein Ätzmittel verwendet wird.
  4. Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Entfernen der Opferschicht ein Lösungsmittel verwendet wird.
  5. Verfahren zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Entfernen der Opferschicht mit Überdruck in das Gehäuse (1) eingeführt wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus a) einem Gehäuse (1), b) einer ersten Öffnung (10) in dem Gehäuse (1), c) einer zweiten Öffnung (11) in dem Gehäuse (1), und d) einer Dichtungsvorrichtung in der zweiten Öffnung (11).
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) und die Dichtungsvorrichtung aus einem Werkstoff bestehen, der durch das Mittel zum Entfernen der Opferschicht nicht verändert wird.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (10) an einer ersten Seite des Gehäuses (1) ist und die zweite Öffnung (11) an einer zweiten Seite des Gehäuses (1) ist, die der ersten Seite gegenüberliegt.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zweite Öffnung (11) die Anordnung (2) zumindest teilweise in das Gehäuse (1) eingeführt werden kann.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Öffnung (11) die Form eines Querschnitts der Anordnung (2) hat, wobei die zweite Öffnung (11) größer ist als der Querschnitt durch die Anordnung (2).
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Öffnung (11) die Form eines Schlitzes hat.
  12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsvorrichtung in der zweiten Öffnung (11) den Spalt zwischen den Rändern der zweiten Öffnung und einer durch die zweite Öffnung (11) zumindest teilweise in das Gehäuse eingeführte Anordnung (2) verschließt.
  13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsvorrichtung eine Gummilippe ist.
  14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (10) als Zuführung in das Gehäuse (1) für ein Mittel zum Entfernen einer Opferschicht dient.
  15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Entfernen einer Opferschicht nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Öffnung (11) als Abfluss aus dem Gehäuse (1) für ein Mittel zum Entfernen einer Opferschicht dient.
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