DE3028117C2 - Verfahren zum Herstellen von Bildaufnahmevorrichtungen mit dünnem Substrat und Verwendung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Bildaufnahmevorrichtungen mit dünnem Substrat und Verwendung dieses Verfahrens

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DE3028117C2 DE19803028117 DE3028117A DE3028117C2 DE 3028117 C2 DE3028117 C2 DE 3028117C2 DE 19803028117 DE19803028117 DE 19803028117 DE 3028117 A DE3028117 A DE 3028117A DE 3028117 C2 DE3028117 C2 DE 3028117C2
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Description

dadurch gekennzeichnet, daß
e) in dem Verfahrensschritt a) mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen angeordnet werden und daß
f) anschliröend an den Verfahrensschritt d) mit der Rückseite des dünn geätzten Teils der Substratscheibe ein Glaspiuttchen verklebt wird, das in die durch dit Ätzung entstandene Vertiefung in der Rückseite der :;.ibstratscheibe paßt, so daß eine Schichtstruktur gebildet wird, die relativ fest ist und längs Schnittlinien, die zwischen den einzelnen Bildaufnahmceinrichtungen verlaufen, zertrennbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die durch die angegebenen Verfahrensschritte erhaltene Schichtstruktur längs der Schnittlinien zu einer Mehrzahl einzelner Bildaufnahmevorrichtungen zerschnitten wird, die jeweils eine Bildaufnahmeeinrichtung mit einem dünn geätzten Substrat, das an seiner Rückseite mit einem Glasplättchen verklebt ist. enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasplättchen eine Dicke hat. die wenigstens annähernd vergleichbar mit der Dikke der Substratschicht ist. die beim Dünnerätzen der Substratscheibe von deren Rückseite entfernt wurde.
4. Verfanren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Glasplättchen eine Dicke hat. die wesentlich größer ist als die Dicke der Substratschicht, die beim Dünnerätzen der Substratscheibe von deren Rückseite entfernt wurde.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Substratscheibe vor dem Dünnerätzen höchsten etwa 380 um beträgt und auf eine Schichtdicke von 25 Jim geätzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verkleben im Vakuum und mit Druckcinwirkiiiig auf das Glasplättchen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratscheibe beim Eintauchen in das Ätzbad um eine Achse gedreht wird, die durch den Mittelteil der Substratscheibe und parallel zur Flächennormale der Substratscheibe verläuft
8. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der Herstellung von mit Ladungskopplung arbeitenden Bilda^fnahmevorrichtungen.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei der Herstellung von Bildaufnahmevorrichtungen für Speicherplatten in Vidikon-Bildaufnahmeröhren.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der DE-AS 22 26 237 bekannt ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Verfahrens.
Bei iadungsgekoppelten (CCD) Schwarzweiß-Bildaufnahmevorrichtungen, die mit Feldübertragung arbeiten, erfolgt die Beleuchtung der Bildaufnahmevorrichtung durch eine einschichtige Elektrodenstruktur. Wenn jedoch mit einer GCD-Bildaufnahmevorrichtung dieser Art ein Farbbild aufgenommen werden soll, ist diese Art der Beleuchtung nicht ganz zufriedenstellend, da die
jo Elektroden am blauen Ende des sichtbaren Spektralbereichs relativ stark absorbieren. Es ist daher erforderlich, das Substrat der Bildaufnahmevorrichtung dünn zu machen und die Bildaufnahmevorrichtung von hinten durch das dünne Substrat zu beleuchten. Farbbildauf-
j; nahmevorrichtungen dieser Art sind unter der Typenbezeichnung RCA SID 25501 bekannt.
Es ist ein Verfahren zum Herstellen solcher Bildaufnahmevorrichtungen mit dünnem Substrat bekannt, das jedoch nur relativ wenige Bildaufaahmevorrichtungen pro Substratscheibe liefert. Bei diesem Verfahren werden unter Verwendung einer im Durchmesser etwa 50 mm messenden Substratscheibe bis zu drei Bildaufnahmeeinrichtungen unter Anwendung photolithographischer Verfahren gleichzeitig auf der gemeinsamen Substratscheibe gebildet. Dann werden zwei der drei Bildaufnahmeeinrichtungen maskiert, d. h. mit Ausnahme der Rückseite der Bilcljufnahmeeinrichtung. deren Substrat dünn geatzt werden soll, wird die ganze Substratscheibe mit einer Ätzschulzschicht überzogen, die
>o durch das für das Dünnätzen der Substratscheibe verwendete saure chemische Ätzbad nicht angegriffen wird. Dann wird die ganze Substratscheibe in das zum Dünnätzen dienende Ätzbad eingetaucht und um eine Achse gedreht, die durch die Mitte der dünn zu ätzenden Bildaufnahmeeinrichtung geht. Nachdem die Bildaufnahmeeinrichtung im gewünschten Ausmaß dünner geätzt worden ist. wird die Substratscheibe aus dem Ätzbad entnommen, die Ätzschutzschicht wird entfernt, die nächste Bildaufnahmeeinrichiung wird geätzt und
bo die geschilderten Verfahrensschritte werden für jede weitere Bildäufnähmeeinrichtuiig wiederholt. Dann wird tue Substratscheibe so zerschnitten, daß Bildaufnahmevorrichtungen erhalten werden, die einen die ßildaufnahinecinrichtung umgebenden dick gebliebe-
b5 ncn Substratritnd enthalten. Dieser dicke Substratrand ergibt eine gewisse steife und mechanisch feste Halterung für den ziemlich zerbrechlichen, dünn geätzten Bereich der Substratscheibe.
Das oben erwähnte bekannte Verfahren liefert zwar eine gute Ausbeute an funktionsfähigen Bildaufnahmevorrichtungen, es ist jedoch nicht ohne Probleme. So ist es ζ. B. schwierig, ein gleichmäßiges Dünnätzen über dem ganzen Abbildungsteil der Bildaufnahmeeinrichtung zu erreichen. Vermutlich greift das Ätzbad wegen der rechteckigen Form der Bildaufnahmeeinrichtungen in den Bereichen der Ränder und Ecken nicht so stark an, wie in der Mitte der Bildaufnahmeeinrichtung, so daß die Substn;tscheibe beim fertigen Produkt oft am Rand und in den Ecken etwas dicker ist als in der Mitte. Solche Ungleichiörmigkeiten sind unerwünscht, da sie entspiechende Ungleichmäßigkeiten in der von der Bildaufnahmeeinrichtung erzeugten Bildinformation zur Folge haben können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß man nicht gleichzeitig eine größere Anzahl von Bildaufnahmevorrichtungen aus einer Substratscheibe herstellen kann, auch nicht wenn man eine größere Substratscheibe verwendet. Wenn man nämlich eine größere Substratscheibe verwendet, z. B. mit einem Durchmesser von 100 oder 125 mm. gibt es Probleme, wenn man die Subsiratächeibe während des Ätzens urn eine Achse dreht, die bezüglich der Mitte du- Substratscheibe erheblich versetzt ist und es ist daher schwierig, die äußeren Randbereiche der Substratscheibe zu nutzen, da ja die Drehachse durch die Mitte des dünn zu ätzenden Bereiches verläuft. Außerdem ergibt sich bei diesem Verfahren eine geringere Ausbeute. Schließlich ist es wegen der Zerbrechlichkeit der dünn geätzten Substratscheibe schwierig, die Bildaufnahmevorrichtungen nach dem Dünnätzen zu prüfen, da die dünn geätzte Substratscheibe durch die Prüfsonden leicht zerbrochen oder anderweitig beschädigt wird.
Dieses Problem tritt nicht auf, wenn auf der Substratscheibe nur eine Bildaufnahmeeinrichtung erzeugt wird, wie es beispielsweise bei dem aus der DE-AS 22 26 237 bekannten Verfahren der Fall ist, da dann der äußere Umfangsrand der Bildaufnahmevorrichtung eine ausreichende Stabilität gewährleistet, jedoch ist dann die Ausbeute pro Substratscheibe nur gering.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das aus der DE-AS 22 26 237 bekannte Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit einer Substratscheibe gleichzeitig eine größere Anzahl von relativ robusten Bildaufnahmevorrichtungen mit hoher Ausbeute hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgerr.äß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I gelöst.
Weiterbildungen unö vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Mit dein vorliegenden Verfahren läßt sich eine Anzahl von Bildaufnahmevorrichtungen gleichzeitig herstellen und man erhält ein relativ robustes Produkt, welches ohne die Gefahr von Beschädigungen geprüft werden kann. Das eine Mehrzahl von Bildaufnahmevorrichtungen enthaltende primäre Verfahrensprodukt läßt sich wegen seiner durch das Glasplättchen verstärkten Struktur dann problemlos in einzelne Bildaufnahrnevorrichtungen zerteilen, die ihrerseits ebenfalls mechanisch fest und relativ unempfindlich sind.
im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, die nicht maßstabsgerecht sind. Es zeigt
Fig. I eine Draufsicht auf eine Substratscheibe, die mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen enthäli.
F i g. 2 einen Schnitt i; einer Ebene 4-4 der Fig. 1;
Fig.3 Schnittansichten, aus denen die Abmessungen einer möglichen Konfiguration einer dünn geätzten Substratscheibe ersichtlich sind;
Fig.4A—4E beispielsweise Darstellungen von Verfahrensschritten einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen von Bildaufnahmevorrichtungen mit dünn geätzter Substratscheibe:
Fig. 5A und 5B schematische Darstellungen zur Erläuterung der ersten beiden Verfahrensschritte eines Verfahrens der anhand von F i g. 4 erläuterten Art, wobei jedoch eine Maskiervorrichtung anstelle einer Ätzschutzschicht verwendet wird;
Fig.6 eine Schnittansicht einer Silizium-Vidikon-Speicherplatte, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurde, und
Fig. 7 eine vereinfachte Schnittansicht eines Vidikons, das eine Speicherplatte gemäß F i g. 6 enthält.
F i g. 1 zeigt eine Draufsicht auf e:ne Substratscheibe, die mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen enthält, die in der Figur rechteckig eingezeichnet sind und beispielsweise CCD-Einrichtungen sein könr?-n.
Das Verfahren gemäß der Erfinornj* ermöglicht es. eine größere Anzahl dünn geätzter Bildaufnahmeeinrichtungen auf einer einzigen großen Substratscheibe herzustellen, wie es in den F i g. 2 und 3 gezeigt isi.
Anschließend können die Bildaufnahmevorrichtungen auf der Substratscheibe bequem geprüft werden. Nach dem Prüfen können die einzelnen Bildaufnahmevorrichtungen voneinander getrennt und montiert wer-
JO den, ohne daß dabei eine große Bruchgefahr besteht. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise eine relativ große Substratscheibe, beispielsweise mit einem Durchmesser zwischen 50 und 127 mm verwendet. Die Substratscheibe besteht vorteilhafterweise aus Silizium, das in geeigneter Weise dotiert ist. Auf dieser gemeinsamen, dicken Substratscheibe wird dann, z. B. durch photolithographische Verfahren, eine relativ große Anzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen in konventioneller Weise gebildet. Die Vorderseite (d. h. die Seite, die die Elektroden enthält) der Substratscheibe kann nun mit einer Ätzschutzschicht, die für das zum Ai'-.dünnen der Substratscheibe verwendete Bad, wie ein Säurebad, undurchlässig ist und von diesem nicht angegriffen wird, überzogen werden Dasselbe gilt für den Umfangsrand. d. h. einen Streifen längs cies Umfanges der Rückseite der Substratscheibe, v»ie es in F i g. 4A dargestellt ist.
Alternativ kann die Substratscheibe in eine Halterung eingesetzt werden, die sie an den nicht zu ätzenden
so Flächen gegen das Ätzbad schützt, wie es in F i g. 5A dargestellt ist. Die Halterung enthält eine ringförmige Kappe 30 und ein schalenförmiges Unterteil 32. die beide säuiefest sind. Die dünn zu ätzende Substratscheibe wird mit ihrem Außenrand zwischen einem innen mit einer Schulter versehenen Teil 36 des schalenförmigen Unterteils 32 und e:ne innere Umfangslippr. 38 der Kappe 30 eingeklemmt. Die dünn zu ätzende Fläche 40 lieg· frei, während die die Bildaufnahmeeinrichtungen tragende Vorderfläche der Substratscheibe geschützt isi.
Μ» Die Abdichtung ζ .vischen der Substratscheibe und der Halterungsvorrichtung ist dicht und verhindert, daß das Ätzbad in den innenraum 42 eintritt. Als zusätzlicher Schutz kann der Innenraum 42 vor dem Einsetzen der Substratscheibe in den Halter mit Wasser gefüllt werden. so daß Säure, die etwa doch in den Innenraum 42 einleckt, verdünnt ^ird und die Bildaufnahmeeinrichtungen nicht beschädigen kann.
Anstatt die verschiedenen Bildaufnahmeeinrichtun-
gen jeweils ein/ein dünn zu ätzen, wie bei dem oben beschriebenen Verfahren, wird nach dem vorliegenden Verfahren nun die Substratscheibc in ihrem ganzen mittleren Bereich auf die gewünschte Dicke dünn geätzt, so daß nur ein dicker Rand am Umfang der Sub- ·> stratscheibe als Träger verbleibt, wie es in den F: i g. 2, 3. 4B und 5B dargestellt ist. Beim Dünnätzen können das Ätzbad oder die Substratscheibe rotieren.
Als Ätzmittel können viele verschiedene Bäder verwendet werden. Als besonders geeignet hat sich die fol- ι ο gende Mischung erwiesen: Tin Teil Fluorwasserstoffsäure, drei Teile Rssigsäure. sechs teile Salpetersäure: die Badtemperatur kann 30° C betragen und die Äizdauer 40 bis 60 Minuten. Bei manchen Anwendungen kann man je nach dem Material der dünn zu ätzenden Substratscheibe auch eine starke Base als Ätzmittel verwenden.
Wie erwähnt, ist es zweckmäßig, die .Substratscheibe beim DünnJUicn uni eine A'.'b^e /'.' ilre^c" '!ir "^Ti'.ücl zur Flächennormale der Substr.itscheibe verläuft und >o durch die Mitte der Substratscheibe geht. Da die Substratscheibe rund ist, gibt es keine Ecken, durch die Ungleichmäßigkeiten auftreten können und man kann daher durch das Verfahren gemäß der Erfindung eine sehr gleichmäßige Verringerung der Dicke erreichen. Die .'■-, Dicke der Substratscheibe kann auf etwa 8 bis 10 Mikrometer verringert werden.
Die Substratscheibe wird dann aus dem Ätzbad entnommen und. wenn eine Ätzschut/.sehicht verwendet worden war. wird diese auf übliche Weise entfernt. Bei jo Verwendung einer speziellen 1 lalterungs- und Abdeckvorrichtung (F i g. 5) wird die Substratscheibe aus dieser entfernt.
Nach der Bearbeitung der Rückseite der dünn geätzten Substratscheibe wird auf die Mitte der Rückseite r> des dünnen Bereiches der Substratscheibe ein flüssiger Kleber, wie ein Epoxyharz aufgebracht: die Substratscheibe ist dabei mit ihrer Rückseite nach oben angeordnet, wie es in F i g. 4C dargestellt ist. Dann wird ein kreisförmiges Glasplättchen 20, das relativ genau in den -in dünn geätzten Bereich paßt, auf diesen aufgelegt, wie es ebenfalls in F i g. 4C dargestellt ist. Bei einer praktischen Ausführungsform, die in F i g. 3 dargestellt ist. wurde für eine etwa 0.305 mm dicke Substratscheibe ein Glasplättchen mit einer Dicke von etwa 0.254 mm verwendet, -ti Glasplättchen mit einer Dicke von 0.254 mm sind im Handel erhältlich, und dies ist der Grund für die Bemessung dieser Ausführungsform. Bei einem anderen Beispiel wurde ein Glasplättchen mit einer wesentlich größeren Dicke, nämlich etwa 0.5 mm verwendet, das erheblich über der stehengebliebenen Rand der Substratscheibe vorstand.
Nach dem Aufbringen des Klebers kann die Schichistruktur in eine Presse gebracht und unter Druck gesetzt werden, wie es durch die Pfeile 22 in F i g. 4C dargestellt ist. Hierdurch wird der Kleber über die gesamte Oberfläche des Glasplättchens verteilt. Während der Kleber nach außen fließt, verdrängt er alle Luftblasen, so daß sich eine dünne transparente Membran zwischen dem Glasplättchen und dem dünn geätzten Teil der Sub- ω stratscheibe ergibt. Das Pressen wird am besten im Vakuum durchgeführt, um die Entfernung aller Hohlräume und Blasen zwischen dem Giaspiättchen und der Oberfläche der Substratscheibe zu entfernen. Man iäßt dann den flüssigen Kleber aushärten und polymerisieren, so daß sich eine mechanisch feste Schichtstruktur ergibt wie sie in F i g. 4 D dargestellt ist.
Nach dem Festwerden des Klebers ist die resultierende .Schichtstruktur sehr fest und starr. Es ist nun möglich, die ein/einen Bildaufnahmeeinrichtungen in einem konventionellen Prüfgerät zu prüfen, ohne daß man ein Brechen oder eine andere Beschädigung der dünn geätzten Substratscheibe befürchten müßte.
Nach der Prüfung können die einzelnen Bildaufnahmevorrichtungen, die jeweils ein dünn geätztes Substrat, das an einen rückseitigen Glasträger angeklebt ist, enthalten voneinander getrennt werden, z. B. mittels einer konventionellen Trennsäge 24, wie es in 1 ig. 4D dargestellt ist. Die gestrichelten Linien 26 in F i g. I und Fig. 4D. die in F i g. I mit »Schnittlinien« bezeichnet sind, zeigen, wo die Schnitte erfolgen. Die auseinandergeschnittenen Bildaufnahmevorrichtungen, von denen eine in F i g. 4E in größerem Maßstab als in den F i g. 4Λ bis 4D dargestellt ist. haben eine ausreichende Festigkeit, so daß sie den normalen Beanspruchungen beim Montieren und Handhaben ohne nennenswerte Bruchi»i'f;ihr <;t:inith:illrn können. Da das Glnsnlältrhen und der Kleber praktisch farblos und hochtransparent sind, wird .»ich die Photoempfindlichkeit durch die Gegenwart des Glases und des Klebers nicht wesentlich verringert. Das Glas und der Kleber beeinträchtigen auch die Blauempfindlichkeit der Büdaufnahmevorrichuing nicht wobei selbstverständlich vorausgesetzt ist. daß das Glas selbst am blauen Ende des Spektralbereiches transparent ist, was üblicherweise der Fall ist. Der Kleber b\! !et eine äußerst dünne Schicht und hat daher einen allenfalls nur sehr geringen Einfluß auf die Farbempfindlichkeil der Bildaufnahmevorrichiung.
Das vorliegende Verfahren wirde oben am Beispiel einer ladungsgekoppelten Büdaufnahmevorrichtung (CCD) mit Feldtransfer beschrieben, es ist selbstverständlich auch nicht auf diese spezielle Anwendung begrenzt, sondern kann auch bei anderen Arten von ladungsgekoppelten Bildaufnahmevorrichtungen und bei anderen Fcstkörper-Bildaufnahmevorrichtungen. die nicht mit Ladungskopplung arbeiten, sowie auch bei Speicherplatten von Bildaufnahmeröhren, wie Siliziumspeicherplatten für Vidikons. und ähnliche Einrichtungen verwendet werden. Fig. 6 zeigt den Aufbau einer solchen Speicherplatte. Die Speicherplatte 52 soll bei dem dargestellten Ausführungsbcispiel aus Silizium bestehen und wird auf die gleiche Weise dünn geätzt und auf ein Glasplättchen 54 geklebt, wie es oben erläutert wurde. Die Schichtstruktur 60 wird durch Halterungsringe 56 und 58 in einer Fassung 62, 64 gehaltert. Ein Vidikon mit montierter Schichtstruktur 60 ist in F i g. 7 schematisch dargestellt. Die Glasschicht 54 weist zum Eintrittsfenster des Röhrenkolbens während die Silizium-Speicherplatte einem Elektronenstrahl .-rzeugungssystem zugewandt ist. so daß sie beim Betrieb der Röhre durch einen Elektronenstrahl abgetastet werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Bildaufnahmevorrichtungen mit folgenden Verf&hrensschritten:
a) auf der Vorderseite einer dünnen Substratscheibe wird mindestens eine Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet,
b) die Substratscheibe wird zum Schutz gegen die ätzende Wirkung eines Ätzbades so maskiert, daß das Ätzbad lediglich in einem unmaskierten Teil in der Mitte der Rückseite der Substratscheibe angreifen kann,
c) die Substratscheibe wird in dem Ätzbad so lang geätzt, bis der in der Mitte der Rückseite der Substratscheibe gelegene unmaskierte Bereich bis auf eine vorgegebene Tiefe abgetragen ist, so daß die Substratscheibe nunmehr aus oinem in de. Dicke reduzierten mittleren Teil und einem nicht dünner geätzten äußeren Umfangsrand besteht,
d) die so behandelte Substratscheibe wird dem Ätzbad entnommen,
DE19803028117 1979-07-25 1980-07-24 Verfahren zum Herstellen von Bildaufnahmevorrichtungen mit dünnem Substrat und Verwendung dieses Verfahrens Expired DE3028117C2 (de)

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