DE4034365C2 - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D1/00—Electroforming
- C25D1/08—Perforated or foraminous objects, e.g. sieves
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung freitra
gender Mikrostrukturen nach dem Oberbegriff des Pa
tentanspruchs 1.
Aus der EP 01 04 685 ist ein Verfahren zur Herstellung einer
Maske für die Mustererzeugung in der Röntgenstrahllithographie
bekannt. Dabei wird die Maske (= Mikrostruktur) auf drei
Trägerschichten aufgebaut. Das Ergebnis des Verfahrens ist
dann die Mikrostruktur auf einer Trägerschicht.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Mikrostruktur mit
der Folie verbunden bleibt, die bei der Verwendung der
Mikrostruktur stören kann. So werden z. B. für die Herstellung
von Filtern Mikrostrukturen benötigt, die nicht mit einer Fo
lie verschlossen sind.
In den Kleinneubacher Berichten Nr. 29 (1986) auf den Seiten
501 bis 505 herausgegeben vom Fernmeldetechnischen Zentralamt,
Postfach 5000, 6100 Darmstadt, wird von H. -P. Gemünd ein Ver
fahren beschrieben mit dessen Hilfe Mikrostrukturen auf einer
Galvanikstartschicht hergestellt werden, die mit einer Glas
platte verbunden ist. Die Mikrostrukturen werden dann mecha
nisch von der Glasplatte getrennt.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die vorgesehene Form
empfindlicher Mikrostrukturen bei der mechanischen Trennung
von der Glasplatte leicht in ungewünschter Art und Weise ver
ändert werden kann.
Des weiteren ist aus der DE-OS 28 32 408 ein Verfahren be
kannt, bei welchem auf eine galvanisch abgeschiedene
Mikrostruktur, ein Halteteil aufgalvanisiert wird. Glasträger
und Schablone müssen hier abgeätzt werden.
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der gattungsge
mäßen Art so zu modifizieren, daß Mikrostrukturen innerhalb
weniger Minuten von dem Substrat getrennt werden können, auf
dem sie hergestellt worden sind, ohne daß es zu Beeinträchti
gungen der Strukturen kommt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 7 und
zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Dabei zeigen die Fig. 1 bis 7 die einzelnen Verfahrens
schritte.
Auf einer ca. 0,5 mm dicken Siliziumscheibe als Substrat 1 mit
einem Durchmesser von ca. 100 mm wurde eine Trennschicht 2 aus
Kohlenstoff 20 nm dick aufgedampft. Bei dieser Kohlenstoffbe
schichtung wurde der Rand der Siliziumscheibe 1 frei belassen
(Fig. 1). Trennschicht 2 und Rand der Siliziumscheibe wurden
durch Magnetronsputtern mit einer 3 µm dicken Opferschicht 3
aus Titan beschichtet.
Die Dicke der Trennschicht 2 sollte vorteilhafterweise zwi
schen 10 und 30 nm liegen. Es ist auch möglich, Kohlenstoff
mehr als ca. 50 nm bis 150 nm dick durch Magnetronsputtern
aufzustäuben statt ihn auf zudampfen. Die Dicke der Titan
schicht 3 liegt vorteilhafterweise zwischen 2 und 10 µm.
Auf dieser Opferschicht 3 wurden mit den bekannten Methoden
des LIGA-Verfahrens (E. W. Becker et al, Microelektronic
Engineering 4 (1986) Seiten 35 bis 56) durch Röntgentiefen
lithographie und galvanische Abscheidung von Kupfer aus einem
Fluoroborat-Elektrolyten Mikrostrukturen 4 mit 40 µm Dicke
hergestellt, die so mit Schlitzaperturen perforiert sind, daß
sich später ein Infrarotfilter ergab (Fig. 2). Die Dicke der
Strukturen 4 kann in einem Bereich von ca. 1 bis 400 µm lie
gen.
Diese Strukturen 4 wurden mit einem Saphir gefüllten
2-Komponenten-Kleber mit festen, ca. 2,5 mm dicken, ringförmigen
Rahmen als Haltestruktur 5 aus Elektrolytkupfer mit einem In
nendurchmesser von 15 mm und einem Außendurchmesser von 20 mm
verbunden (Fig. 3).
Der mit Saphir gefüllte Klebstoff eignet sich auch noch für
Anwendungen, bei denen die Verbindung von Mikrostruktur 4 und
Rahmen 5 kryogenen Temperaturen bis 3 K standhalten muß. Bei
Anwendungen, bei denen nicht so extreme Temperaturen auf die
Klebeverbindung wirken, sind Kleber auf Epoxydbasis ebenfalls
geeignet.
Die Verwendung eines Klebers für die Verbindung von
Mikrostruktur 4 und Haltestruktur 5 hat den Vorteil, daß die
Mikrostruktur 4 nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt werden
muß wie bei anderen Verbindungsverfahren wie z. B. Diffu
sionslöten oder -schweißen oder anodisches Bonden. Bei der
Verbindung von einer Mikrostruktur 4 mit einer Haltestruktur
5, die aus einem anderen Material besteht als die Mikrostruk
tur 4, kann durch die Verwendung eines Klebers die Ausbildung
thermischer Spannungen zwischen Mikrostruktur 4 und Haltestruktur
5 weitgehend vermieden werden.
Um den Rahmen 5 herum wurde auf die Opferschicht 3 ein Klebe
band aufgeklebt. Beim anschließenden Entfernen des Klebebandes
blieb die Opferschicht 3 an ihm hängen und wurde so von der
Siliziumscheibe entfernt (Fig. 4). Die Mikrostruktur 4 mit
Rahmen 5 wurde dann zusammen mit der Opferschicht 3 von der
Siliziumscheibe gelöst, indem der Rahmen von ihr abgehoben
wurde (Fig. 5).
Der Kohlenstoff der Trennschicht 2 verblieb größtenteils auf
der Opferschicht und wurde in einem Sauerstoffplasma verbrannt
(Fig. 6). Die Mikrostruktur 4 wurde mit dem Rahmen 5 in eine
flußsäurehaltige Lösung getaucht, in der sich die Opferschicht
3 innerhalb weniger Sekunden auflöste (Fig. 7).
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß freitragende Mikrostruk
turen hergestellt werden können und daß diese Mikrostrukturen
bei der Ablösung vom Substrat durch die Opferschicht und den
festen Rahmen stabilisiert werden, so daß sich ungewünschte,
durch die Ablösung vom Substrat bedingte Veränderungen der
Form der Mikrostrukturen vermeiden lassen. Das mechanische Ab
lösen von Mikrostrukturen und Opferschicht vom Substrat wird
dadurch erleichtert, daß an der relativ dicken Haltestruktur
Werkzeuge angesetzt werden können. Durch das Herstellungsver
fahren bedingte, in der Mikrostruktur etwa vorhandene Zugspan
nungen werden nach der Ablösung vom Substrat und Entfernung
der Opferschicht vom festen Rahmen aufgenommen, so daß sich
hieraus keine Formveränderungen der Mikrostruktur ergeben. Die
nach der Ablösung vom Substrat zugängliche große Oberfläche
der Opferschicht und ihre geringe Dicke ermöglichen die
schnelle Entfernung der Opferschicht innerhalb weniger Sekun
den.
In einem zweiten Anwendungsbeispiel wird die Herstellung eines
Hochpaßfilters im fernen Infrarotbereich beschrieben: auf
einer 0,5 mm dicken Siliziumscheibe 1 mit einem Durchmesser
von 100 mm wurde eine 2 µm dicke Titanschicht 2 durch
Magnetronsputtern aufgestäubt. Auf dieser Titanschicht 2 wurde
eine 2 µm dicke Nickelschicht 3 aufgalvanisiert. Die aufgalva
nisierte Nickelschicht 3 haftet nur bedingt auf der Titan
schicht, so daß die Titanschicht 2 in diesem Fall als Trenn
schicht wirkt.
Mit den bekannten Methoden des LIGA-Verfahrens wurde eine ca.
120 µm dicke zusammenhängende Mikrostruktur 4 aus Gold herge
stellt, die mit kreisrunden Löchern in einem hexagonalen Git
ter dichtmöglichst perforiert war. Der Durchmesser der Löcher
betrug dabei 50 um. Der geringste Abstand der Ränder von je
weils zwei Löchern betrug ca. 5 µm.
Auf diese Goldstruktur wurde ein 2,5 mm dicker Titanrahmen 5
mit einem Innendurchmesser von ca. 15 mm und einem
Außendurchmesser von ca. 20 mm mit einem Saphir gefüllten
2-Komponenten-Kleber geklebt. Mit dem Rahmen 5 wurden die
Mikrostruktur und die Nickelschicht von der Titantrennschicht
abgehoben. In einer 30%igen Salpetersäurelösung wurde die
Nickelschicht 3 aufgelöst, so daß ein freitragendes Hochpaß
filter für den fernen Infrarotbereich entstand.
Dieses Herstellungsverfahren hat neben den beim ersten Ausfüh
rungsbeispiel genannten Vorteilen den Vorteil, daß die Trenn
schicht vollständig auf der Siliziumscheibe verbleibt und vor
der Auflösung der Nickelschicht nicht von dieser entfernt wer
den muß.
Bezugszeichenliste
1 Substrat
2 Trennschicht
3 Opferschicht
4 Mikrostruktur
5 Haltestruktur
2 Trennschicht
3 Opferschicht
4 Mikrostruktur
5 Haltestruktur
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen, welche durch
einen Rahmen stabilisiert werden, bei dem auf ein Substrat
mindestens eine Opferschicht aufgebracht wird, auf welche
dann die Mikrostruktur aufgebaut wird, dadurch gekennzeich
net, daß
- a) zwischen Substrat (1) und Opferschicht (3) eine weitere Schicht als Trennschicht (2) liegt, welche einen ring förmigen Bereich am Rand des Substrats (1) freiläßt, so daß sich in diesem Bereich Substrat (1) und Opferschicht (3) direkt berühren, dann
- b) direkt auf der Mikrostruktur (4) eine Haltestruktur (5) aufgebracht wird, wobei die Trennschicht (2) seitlich über die Mikrostruktur (4) mit Haltestruktur (5) hinaus ragt, dann
- c) die Schicht (Opferschicht (3)) mit der Mikrostruktur (4) und der Haltestruktur (5) vom Substrat (1) abgehoben wird, worauf
- d) die Opferschicht (3) von der mit der Haltestruktur (5) verbundenen Mikrostruktur (4) entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Opferschicht (3) aus Titan verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Kohlenstoffschicht als Trenn
schicht (2) verwendet wird und daß die nach Schritt c) auf
der Opferschicht (3) haftenden Kohlenstoffreste der Trenn
schicht (2) entfernt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß die Haltestruktur (5) auf die
Mikrostruktur (4) geklebt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß als Substrat (1) Silizium verwendet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch
gekennzeichnet, daß für die Mikrostruktur (4) galvanisch
abscheidbares Metall verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für
die Trennschicht (2) Titan und für die Opferschicht (3)
Nickel verwendet wird, wodurch bei Verfahrensschritt c) die
Trennschicht (2) ganz auf dem Substrat (1) verbleibt.
Priority Applications (3)
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DE4034365A DE4034365A1 (de) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | Verfahren zur herstellung freitragender mikrostrukturen |
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1990
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- 1991-10-24 DE DE59103890T patent/DE59103890D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-24 EP EP91118109A patent/EP0483662B1/de not_active Expired - Lifetime
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