EP1381824A1 - Vermessen von mikrogalvanisch hergestellten bauteilen durch schnittbauteile über lackstege - Google Patents

Vermessen von mikrogalvanisch hergestellten bauteilen durch schnittbauteile über lackstege

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EP1381824A1
EP1381824A1 EP02729860A EP02729860A EP1381824A1 EP 1381824 A1 EP1381824 A1 EP 1381824A1 EP 02729860 A EP02729860 A EP 02729860A EP 02729860 A EP02729860 A EP 02729860A EP 1381824 A1 EP1381824 A1 EP 1381824A1
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EP
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photoresist
components
micro
interrupted
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the invention is based on a method for measuring micro-electroplated components according to the preamble of the main claim.
  • the method according to the invention for measuring micro-electroplated components with the characterizing features of the main claim has the advantage that the concrete dimensions of the internal structure of the component can be checked and measured in a simple manner, so that information on the structure and contouring can be obtained in an advantageous manner of the component are quickly, safely and reliably accessible.
  • photoresist areas or webs are selectively installed in only a few selected components, which are otherwise arranged, for example, in very large numbers on a wafer or panel, during microgalvanic production of the components, as a result of which the structure of these selected components is interrupted as desired. After the photoresist has been removed, the inner structures of the respective component are exposed in a simple manner and can therefore be measured very easily in a contactless and non-destructive manner.
  • angles, voids, back spaces and offsets of the opening structure of the component and the layer thicknesses of the component can be measured without contact.
  • identical or multi-layer components of identical construction can be produced completely by galvanic metal deposition together with the components having the interrupting photoresist regions without the desired opening structure. If the components are to be remeasured only on a random basis, it makes sense to set up a ratio of interrupted components to complete components of the same type on a wafer of 3 to 5: 1000. This is sufficient to make an assessment of the dimensional accuracy and the quality of the manufactured components on the entire wafer.
  • FIG. 1 shows a partially illustrated injection valve with a micro-electroplated component in the form of a perforated disk
  • FIG. 2 shows a micro-electroplated perforated disk in a plan view
  • FIG. 3 shows the perforated disk shown in FIG. 2 with an inner photoresist area, so that the actual perforated disk is interrupted
  • 4 shows a section of the interrupted perforated disk in the area of a lacquer edge according to arrows IV in FIG. 3
  • FIG. 5 shows a schematic measurement and evaluation arrangement.
  • Description of the embodiment 1 shows a valve in the form of an injection valve for fuel injection systems of mixed-compression spark-ignition internal combustion engines, which has a perforated disk 23, which represents an embodiment of a microelectrically manufactured component which it can be measured according to the invention.
  • the perforated disk 23, which will be described in more detail below is not intended exclusively for use on injection valves; Similar components can rather z. B. in painting nozzles, inhalers, in inkjet printers or in freeze-drying processes, for spraying or injecting liquids, such as. As beverages, for atomizing medication.
  • the perforated disks 23 produced by means of multilayer electroplating are generally suitable.
  • the perforated disks 23 themselves, in turn, represent only one embodiment of a micro-electroplated component.
  • micro-electroplated components with shapes, contours, proportions and uses completely different from those described can also be produced and measured in accordance with the invention.
  • the injection valve partially shown in FIG. 1 has a tubular valve seat support 1, in which a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • a longitudinal opening 3 is formed concentrically with a valve longitudinal axis 2.
  • a z. B. tubular valve needle 5 arranged at its downstream end 6 with a z. B. spherical valve closing body 7, on the circumference of which, for example, five flats 8 are provided for the fuel to flow past, is firmly connected.
  • the injection valve is actuated in a known manner, for example electromagnetically.
  • a schematically indicated electromagnetic circuit with a magnet coil 10, an armature 11 and a core 12 is used for the axial movement of the valve needle 5 and thus for opening against the spring force of a return spring (not shown) or closing the injection valve.
  • the armature 11 is connected to the valve closing body 7 opposite end of the valve needle 5 by z. B. a weld produced by a laser connected and aligned to the core 12.
  • a guide opening 15 of a valve seat body 16 is used to guide the valve closing body 7 during the axial movement and is tightly mounted in the longitudinal opening 3 in the longitudinal opening 3 in the downstream end of the valve seat carrier 1 by welding.
  • the valve seat body 16 is with a z. B. pot-shaped perforated disc carrier 21 concentrically and firmly connected, which thus rests at least with an outer ring portion 22 directly on the valve seat body 16.
  • a micro-electroplated component, here the perforated disk 23, is arranged upstream of a through opening 20 in the perforated disk carrier 21 such that it completely covers the through opening 20.
  • the valve seat body 16 and the perforated disk carrier 21 are connected, for example, by a circumferential and sealed first weld seam 25 formed by a laser.
  • the perforated disk carrier 21 is connected to the wall of the longitudinal opening 3 in the valve seat carrier 1, for example by a circumferential and tight second weld seam 30.
  • the perforated disk 23 is clamped, for example, in a cylindrical outlet opening 31 of the valve seat body 16 which follows downstream of a valve seat surface 29 which tapers in the shape of a truncated cone.
  • the perforated disks 23 shown in FIGS. 2 to 4 are built up in several metallic functional levels by means of galvanic deposition (multilayer electroplating). Due to the deep lithographic, galvanotechnical production, there are special features in the contouring, such as. B.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a perforated disk 23 in a plan view, such as can be produced side by side on a wafer or blank, for example.
  • the perforated disk 23 is designed as a flat, circular component which has several, for example three, axially successive functional levels or layers. Starting from a lower functional level 35, for example, two further functional levels 36 and 37 are built on top of it, wherein several functional levels can also be generated in a single electroplating step by means of so-called lateral overgrowth.
  • the upper functional level 37 has a rectangular inlet opening 40 with the largest possible circumference. With z. B.
  • outlet openings 42 are provided in the lower functional level 35.
  • the outlet openings 42 lie in a projection of all functional levels 35, 36, 37 into one plane with an offset outside the inlet opening 40.
  • the offset can be of different sizes in different directions.
  • a channel 41 (cavity) is formed in the middle functional level 36, which represents a cavity.
  • the channel 41 which has a circular contour, is of such a size that it completely covers the inlet opening 40 and the outlet openings 42 in the projection.
  • FIGS. 3 and 4 show the perforated disk with the same contour as the perforated disk 23 shown in FIG. 2, but in an easily measurable form according to the invention as an interrupted perforated disk 23 x .
  • the starting point for the process is a flat and stable carrier plate, which, for. B. of metal (titanium, copper), silicon, glass or ceramic.
  • the carrier plate is optionally first electroplated with at least one auxiliary layer.
  • This is, for example, an electroplating start layer (e.g. Cu), which is required for electrical conduction for later micro-electroplating.
  • the electroplating start layer can also serve as a sacrificial layer in order to enable the perforated disk structures to be easily separated later by etching.
  • the auxiliary layer typically CrCu or CrCuCr
  • a photoresist photoresist
  • the thickness of the photoresist should correspond to the thickness of the metal layer which is to be realized in the subsequent electroplating process, that is to say the thickness of the lower layer or functional plane 35 of the perforated disk 23.
  • the metal structure to be realized should be inverted in the photoresist with the aid of a photolithographic mask be transmitted.
  • One possibility is to expose the photoresist directly over the mask using UV exposure (UV depth lithography).
  • the negative structure ultimately created in the photoresist for the later functional level of the perforated disk 23 is galvanically filled with metal (eg Ni, NiCo) (metal deposition). Due to the electroplating, the metal fits closely to the contour of the negative structure, so that the specified contours are reproduced in it in true-to-form form.
  • the steps from the optional application of the auxiliary layer must be repeated in accordance with the number of desired layers.
  • two functional levels are generated in one electroplating step (lateral overgrowth).
  • For the layers of a perforated disk 23 can also different metals are used, but can only be used in a new electroplating step.
  • the perforated disks 23 are separated. For this purpose, the sacrificial layer is etched away, as a result of which the perforated disks 23 lift off from the carrier plate.
  • the electroplating starting layers are then removed by etching and the remaining photoresist is removed from the metal structures.
  • micro-electroplated components such as perforated disks 23, are produced in very large numbers (e.g. up to> 1000 pieces) on a wafer or panel. After the perforated disks 23 have been separated from the carrier plate, they are available for their respective intended use. However, the inner opening structure of such a micro-electroplated component is then no longer accessible. For testing and measuring purposes, however, a very simple and inexpensive way of measuring the components should be created, at least on a random basis.
  • Perforated disks 23, as shown in FIG. 2 have hitherto only been able to be checked and measured using destructive manufacturing processes. For this purpose, the components selected for re-measurement have to be embedded and ground in a complex manner. Grinding the completely manufactured components can disadvantageously produce burrs that can falsify the measurement result. There is also an increased risk of deformation of the components to be measured when embedding and grinding.
  • photoresist areas 45 which are also used as lacquer bars or, are therefore deliberately used directly in the micro-galvanic production of the components, here the perforated disks 23, in only a few selected components 23 ⁇ on the wafer (for example in 3 to 5 of 1000 components) Paint cores can be characterized, built-in.
  • the installation of targeted photoresist areas 45 is carried out from the start via specially shaped masks on the selected components 23 ', so that the metal structure to be built grows along this photoresist area 45 starting from the lower functional level 35.
  • the selected components 23 ⁇ are thus produced in their overall structure in an interrupted manner (FIG. 3). After the photoresist region 45 has been removed, the inner structures of the respective component 23 'are exposed in a simple manner.
  • the photoresist region 45 makes sense to lay the photoresist region 45 in such a way that it cuts the opening structures that are to be measured after production.
  • the photoresist region 45 is installed in the perforated disk 23 ′ shown in FIG. 3 in such a way that it simultaneously intersects the functional levels 35, 36, 37 in the region of the inlet opening 40, the channel 41 and the outlet openings 42.
  • FIG. 4 shows a section of the interrupted perforated disk 23 'in the region of a lacquer edge 46 according to arrows IV in FIG. 3. This view therefore does not illustrate a section in the sense of cutting through the perforated disk 23 ⁇ , but a side view of the perforated disk part produced in this way from the start ,
  • the opening contour which is exposed in a simple manner, can be measured very easily and non-destructively.
  • Typical dimensions of a perforated disk 23 that can be measured are, for example, the layer thickness a, the height h of the channel 41, the offset x of the inlet opening 40 and outlet openings 42, the so-called rear space z, that is to say the flow area of the channel 41 protruding beyond the outlet openings 42 , and the entrance flank angle 47 of the Inlet opening 40 and the exit flank angle 48 of the outlet openings 42.
  • the components present after the separation are sorted into complete components 23 and interrupted components 23 '.
  • the interrupted components 23 ' are fed to a measuring device 50.
  • a schematic measurement and evaluation arrangement is indicated in FIG. 5.
  • the contactless measurement of the components 23 ' which e.g. are clamped on a workpiece carrier, not shown, can be done with various measuring devices 50. Scanning electron microscopes, profile projectors with incident light, optical recording devices such as CCD cameras or infrared cameras, microscopes with path measuring systems or microfocus measuring systems with laser scanning (UBM) are suitable.
  • the recorded measured values are processed and evaluated, for example, in an evaluation unit 51, whereby an assessment of the dimensional accuracy and the quality of the manufactured components 23 is possible.

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Abstract

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Vermessen von mikrogalvanisch hergestellten Bauteilen (23') mit einer dreidimensionalen, tiefenlithographisch erzeugten Struktur zeichnet sich dadurch aus, dass das ein- oder mehrschichtige Bauteil (23') durch galvanische Metallabscheidung aufgebaut wird, wobei das Metall um eine die gewünschte Öffnungskontur (40, 41, 42) des Bauteils vorgebende Struktur aus Photoresist abgeschieden wird, dabei der Einbau eines Photoresistbereichs (45), der das herzustellende Bauteil (23') gezielt in seiner Struktur unterbricht, bei der mikrogalvanischen Herstellung erfolgtl ein Herauslösen. zumindest des unterbrechenden Photoresistbereichs (45) aus dem unterbrochenen Bauteil (23') stattfindet und ein berührungsloses Vermessen der Öffnungsstruktur des unterbrochenen Bauteils (23') im Bereich einer ehemaligen Lackkante (46) des Photoresistbereichs (45) mittels einer Messeinrichtung vorgenommen wird.

Description

VERMESSEN VON MIKROGALVANISCH HERGESTELLTEN BAUTEILEN DURCH SCHNITTBAUTEILE ÜBER LACKSTEGE
Stand der Techni
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Vermessen von mikrogalvanisch hergestellten Bauteilen nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Aus der DE 196 07 288 AI sind bereits derartige mikrogalvanisch hergestellte Bauteile bekannt, die in der Gestalt von Lochscheiben bei Einspritzventilen bzw. ganz allgemein zur Erzeugung feiner Sprays, z. B. mit großen Abspritzwinkeln, eingesetzt werden. Die einzelnen Schichten bzw. Funktionsebenen der Lochscheibe werden dabei durch galvanische Metallabscheidung aufeinander aufgebaut ( ultilayergalvanik) . Die Schichten werden nacheinander galvanisch abgeschieden, so dass sich die Folgeschicht aufgrund galvanischer Haftung fest mit der darunterliegenden Schicht verbindet und alle Schichten zusammen dann eine einteilige Lochscheibe bilden. Zum besseren Handling einer Vielzahl von Lochscheiben bei der Anwendung der verschiedenen Herstellungsverfahrensschritte auf einem Wafer sind z. B. pro Lochscheibe zwei Positionieraufnahmen in Form von kreisförmigen Durchgangslöchern nahe der äußeren Begrenzung der Lochscheibe vorgesehen, die sich über die gesamte axiale Höhe der Lochscheibe erstrecken. Der zeitlich nacheinander erfolgende Aufbau mehrerer Galvanikschichten wird so erleichtert. Die innere ÖffnungsStruktur eines solchen mikrogalvanisch hergestellten Bauteils ist nur mit Hilfe von zerstörenden Fertigungsverf hren (Schleifen) überprüf- bzw. nachmessbar.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Vermessen von mikrogalvanisch hergestellten Bauteilen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise die konkreten Abmessungen der inneren Struktur des Bauteils überprüft und gemessen werden können, so dass auf vorteilhafte Weise Informationen zum Aufbau und zur Konturgebung des Bauteils schnell, sicher und zuverlässig zugänglich sind. Dazu werden bei der mikrogalvanischen Herstellung der Bauteile in nur wenigen ausgewählten Bauteilen, die ansonsten beispielsweise in sehr großer Stückzahl auf einem Wafer oder Nutzen angeordnet sind, gezielt Photoresistbereiche bzw. -stege eingebaut, wodurch diese ausgewählten Bauteile in ihrer Struktur gewünscht unterbrochen sind. Nach dem Herauslösen des Photoresists sind die inneren Strukturen des jeweiligen Bauteils jedoch auf einfache Art und Weise freigelegt und somit sehr einfach berührungslos und zerstörungsfrei vermessbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, dass Winkel, Hohlräume, Rückräume und Versätze der ÖffnungsStruktur des Bauteils sowie die Schichtdicken des Bauteils berührungslos vermessbar sind.
In vorteilhafter Weise können auf einem einzigen Wafer baugleiche ein- oder mehrschichtige Bauteile vollständig ohne die gewünschte Öffnungsstruktur unterbrechende Photoresistbereiche zusammen mit den die unterbrechenden Photoresistbereiche aufweisenden Bauteilen durch galvanische Metallabscheidung hergestellt werden. Soll ein Nachmessen der Bauteile nur stichprobenartig erfolgen, so ist es sinnvoll, ein Verhältnis von unterbrochenen Bauteilen zu vollständigen Bauteilen gleicher Bauart auf einem Wafer von 3 bis 5 : 1000 einzurichten. Dies reicht aus, um eine Beurteilung der Maßgenauigkeit und der Qualität der hergestellten Bauteile auf dem gesamten Wafer vorzunehmen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein teilweise dargestelltes Einspritzventil mit einem mikrogalvanisch hergestellten Bauteil in der Form einer Lochscheibe, Figur 2 eine mikrogalvanisch herstellbare Lochscheibe in einer Draufsicht, Figur 3 die in Figur 2 dargestellte Lochscheibe mit einem inneren Photoresistbereich hergestellt, so dass die eigentliche Lochscheibe unterbrochen ist, Figur 4 eine Schnitt nsieht der unterbrochenen Lochscheibe im Bereich einer Lackkante gemäß Pfeilen IV in Figur 3 und Figur 5 eine schematische Mess- und Auswerteanordnung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Figur 1 ist ein Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden fremdgezündeten Brennkraftmaschinen teilweise dargestellt, das eine Lochscheibe 23 aufweist, die ein Ausführungsbeispiel eines er indungsgemäß vermessbaren, mikrogalvanisch hergestellten Bauteils darstellt. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die im folgenden noch näher beschriebene Lochscheibe 23 nicht ausschließlich für den Gebrauch an Einspritzventilen vorgesehen ist; ähnliche Bauteile können vielmehr auch z. B. bei Lackierdüsen, bei Inhalatoren, bei Tintenstrahldruckern oder bei Gefriertrockenverfahren, zum Ab- bzw. Einspritzen von Flüssigkeiten, wie z. B. Getränken, zum Zerstäuben von Medikamenten zum Einsatz kommen. Zur Erzeugung feiner Sprays, z. B. mit großen Winkeln, eignen sich die mittels Multilayergalvanik hergestellten Lochscheiben 23 ganz allgemein.
Auch die Lochscheiben 23 selbst stellen wiederum nur eine Ausführungsform eines mikrogalvanisch hergestellten Bauteils dar. Auch mikrogalvanisch erzeugte Bauteile mit völlig von der beschriebenen Lochscheibe 23 abweichenden Formen, Konturen, Größenverhältnissen und Einsatzzwecken können selbstverständlich erfindungsgemäß hergestellt und vermessen werden.
Das in Figur 1 teilweise dargestellte Einspritzventil hat einen rohrförmigen Ventilsitzträger 1, in dem konzentrisch zu einer Ventillängsachse 2 eine Längsöffnung 3 ausgebildet ist. In der Längsöffnung 3 ist eine z. B. rohrförmige Ventilnadel 5 angeordnet, die an ihrem stromabwärtigen Ende 6 mit einem z. B. kugelförmigen Ventilschließkörper 7, an dessen Umfang beispielsweise fünf Abflachungen 8 zum Vorbeiströmen des Brennstoffs vorgesehen sind, fest verbunden ist. Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 5 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer nicht dargestellten Rückstellfeder bzw. Schließen des Einspritzventils dient ein schematisch angedeuteter elektromagnetischer Kreis mit einer Magnetspule 10, einem Anker 11 und einem Kern 12. Der Anker 11 ist mit dem dem Ventilschließkörper 7 abgewandten Ende der Ventilnadel 5 durch z. B. eine mittels eines Lasers hergestellte Schweißnaht verbunden und auf den Kern 12 ausgerichtet .
Zur Führung des Ventilschließkörpers 7 während der Axialbewegung dient eine Führungsöffnung 15 eines Ventilsitzkörpers 16, der in dem stromabwärts liegenden Ende des Ventilsitzträgers 1 in der Längsöffnung 3 durch Schweißen dicht montiert ist. Der Ventilsitzkörper 16 ist mit einem z. B. topfförmig ausgebildeten Lochscheibenträger 21 konzentrisch und fest verbunden, der somit zumindest mit einem äußeren Ringbereich 22 unmittelbar an dem Ventilsitzkörper 16 anliegt.
Ein mikrogalvanisch hergestelltes Bauteil, hier die Lochscheibe 23, ist stromaufwärts einer Durchgangsöffnung 20 im Lochscheibenträger 21 derart angeordnet, dass es die Durchgangsöffnung 20 vollständig überdeckt. Die Verbindung von Ventilsitzkörper 16 und Lochscheibenträger 21 erfolgt beispielsweise durch eine umlaufende und dichte, mittels eines Lasers ausgebildete erste Schweißnaht 25. Der Lochscheibenträger 21 ist mit der Wandung der Längsöffnung 3 im Ventilsitzträger 1 beispielsweise durch eine umlaufende und dichte zweite Schweißnaht 30 verbunden. Die Lochscheibe 23 wird beispielsweise in eine stromabwärts einer sich kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 29 folgende zylindrische Austrittsöffnung 31 des Ventilsitzkörpers 16 maßgenau eingeklemmt. Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Lochscheiben 23 werden in mehreren metallischen Funktionsebenen durch galvanische Abscheidung aufgebaut (Multilayergalvanik) . Aufgrund der tiefenlithographischen, galvanotechnischen Herstellung gibt es besondere Merkmale in der Konturgebung, wie z. B.
- Funktionsebenen mit über die Scheibenfläche konstanter Dicke,
- durch die tiefenlithographische Strukturierung weitgehend senkrechte Einschnitte in den Funktionsebenen, welche die jeweils durchströmten Hohlräume bilden (fertigungstechnisch bedingte Abweichungen von ca. 3° gegenüber optimal senkrechten Wandungen können auftreten) ,
- gewünschte Hinterschneidungen und Überdeckungen der Einschnitte durch mehrlagigen Aufbau einzeln strukturierter Metallschichten,
- Einschnitte mit beliebigen, weitgehend achsparallele Wandungen aufweisenden Querschnittsformen,
- einteilige Ausführung der Lochscheibe, da die einzelnen MetallabScheidungen unmittelbar aufeinander erfolgen.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Lochscheibe 23 in einer Draufsicht, wie sie beispielsweise auf einem Wafer oder Nutzen hundertfach nebeneinander hergestellt werden kann. Die Lochscheibe 23 ist als flaches, kreisförmiges Bauteil ausgeführt, das mehrere, beispielsweise drei, axial aufeinanderfolgende Funktionsebenen bzw. Schichten aufweist. Von einer unteren Funktionsebene 35 angefangen werden z.B. zwei weitere Funktionsebenen 36 und 37 darauf aufgebaut, wobei auch in einem einzigen Galvanikschritt mehrere Funktionsebenen mittels sogenanntem lateralen Überwachsen erzeugbar sind. Die obere Funktionsebene 37 weist eine rechteckförmige Einlassöffnung 40 mit einem möglichst großen Umfang auf. Mit z. B. jeweils gleichem Abstand zur Ventillängsachse 2 und damit zur Mittelachse der Lochscheibe 23 und um diese beispielsweise auch symmetrisch angeordnet sind in der unteren Funktionsebene 35 vier quadratische Auslassöffnungen 42 vorgesehen. Die Auslassöffnungen 42 liegen bei einer Projektion aller Funktionsebenen 35, 36, 37 in eine Ebene mit einem Versatz außerhalb der Einlassöffnung 40. Der Versatz kann dabei in verschiedene Richtungen unterschiedlich groß sein.
Um eine Fluidströmung von der Einlassöffnung 40 bis hin zu den Auslassoffnungen 42 zu gewährleisten, ist in der mittleren Funktionsebene 36 ein Kanal 41 (cavity) ausgebildet, der eine Kavität darstellt. Der eine kreisförmige Kontur aufweisende Kanal 41 besitzt eine solche Größe, dass er in der Projektion die Einlassöffnung 40 und die Auslassöffnungen 42 vollständig überdeckt.
In den Figuren 3 und 4 ist die Lochscheibe mit gleicher Konturgebung wie die in Figur 2 gezeigte Lochscheibe 23 dargestellt, allerdings in einer erfindungsgemäß einfach vermessbaren Gestalt als unterbrochene Lochscheibe 23 x.
In den folgenden Abschnitten wird nur in Kurzform das eigentliche Verfahren zur Herstellung der Lochscheiben 23 gemäß der Figuren 2 bis 4 erläutert. Die Verfahrensschritte der galvanischen Metallabscheidung zur Herstellung einer Lochscheibe sind der DE 196 07 288 AI entnehmbar.
Ausgangspunkt für das Verfahren ist eine ebene und stabile Trägerplatte, die z. B. aus Metall (Titan, Kupfer), Silizium, Glas oder Keramik bestehen kann. Auf die Trägerplatte wird optional zunächst wenigstens eine Hilfsschicht aufgalvanisiert . Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Galvanikstartschicht (z. B. Cu) , die zur elektrischen Leitung für die spätere Mikrogalvanik benötigt wird. Die Galvanikstartschicht kann auch als Opferschicht dienen, um später ein einfaches Vereinzeln der Lochscheibenstrukturen durch Ätzung zu ermöglichen. Das Aufbringen der Hilfsschicht (typischerweise CrCu oder CrCuCr) geschieht z. B. durch Sputtern oder durch stromlose Metallabscheidung. Nach dieser Vorbehandlung der Trägerplatte wird auf die Hilfsschicht ein Photoresist (Photolack) ganzflächig aufgebracht.
Die Dicke des Photoresists sollte dabei der Dicke der Metallschicht entsprechen, die in dem später folgenden Galvanikprozess realisiert werden soll, also der Dicke der unteren Schicht bzw. Funktionsebene 35 der Lochscheibe 23. Die zu realisierende MetallStruktur soll mit Hilfe einer photolithographischen Maske invers in dem Photoresist übertragen werden. Eine Möglichkeit besteht darin, den Photoresist direkt über die Maske mittels UV-Belichtung zu belichten (UV-Tiefenlithographie) .
Die letztlich im Photoresist entstehende Negativstruktur zur späteren Funktionsebene der Lochscheibe 23 wird galvanisch mit Metall (z. B. Ni, NiCo) aufgefüllt (Metalilabscheidung). Das Metall legt sich durch das Galvanisieren eng an die Kontur der Negativstruktur an, so dass die vorgegebenen Konturen formtreu in ihm reproduziert werden. Um die Struktur der Lochscheibe 23 zu realisieren, müssen die Schritte ab dem optionalen Aufbringen der Hilfsschicht entsprechend der Anzahl der gewünschten Schichten wiederholt werden, wobei z. B. zwei Funktionsebenen in einem Galvanikschritt erzeugt werden (laterales Überwachsen) . Für die Schichten einer Lochscheibe 23 können auch unterschiedliche Metalle verwendet werden, die jedoch nur in einem jeweils neuen Galvanikschritt einsetzbar sind. Abschließend erfolgt das Vereinzeln der Lochscheiben 23. Dazu wird die Opferschicht weggeätzt, wodurch die Lochscheiben 23 von der Trägerplatte abheben. Danach werden die Galvanikstartschichten durch Ätzung entfernt und der verbliebene Photoresist aus den Metallstrukturen herausgelöst .
In idealer Weise werden mikrogalvanisch aufgebaute Bauteile, wie die Lochscheiben 23, in sehr großer Stückzahl (z.B. bis > 1000 Stück) auf einem Wafer oder Nutzen hergestellt. Nach dem Vereinzeln der Lochscheiben 23 von der Trägerplatte liegen diese für ihren jeweiligen Einsatzzweck zum Einbau vor. Die innere ÖffnungsStruktur eines solchen mikrogalvanisch hergestellten Bauteils ist dann jedoch nicht mehr zugänglich. Zu Prüf- und Messzwecken soll jedoch zumindest stichprobenartig eine sehr einfache und kostengünstige Möglichkeit zum Vermessen der Bauteile geschaffen sein. Lochscheiben 23, wie eine in Figur 2 dargestellt ist, können bisher nur mit Hilfe von zerstörenden Fertigungsverfahren überprüft und nachgemessen werden. Dazu müssen die zum Nachmessen ausgewählten Bauteile in aufwendiger Weise eingebettet und geschliffen werden. Durch das Schleifen der komplett hergestellten Bauteile können in nachteiliger Weise Grate entstehen, die das Messergebnis verfälschen können. Außerdem besteht eine erhöhte Gefahr von Verformungen der zu vermessenden Bauteile beim Einbetten und Schleifen.
Erfindungsgemäß werden deshalb unmittelbar bei der mikrogalvanischen Herstellung der Bauteile, hier der Lochscheiben 23, in nur wenigen ausgewählten Bauteilen 23 λ auf dem Wafer (z.B. bei 3 bis 5 von 1000 Bauteilen) gezielt Photoresistbereiche 45, die auch als Lackstege oder Lackkerne charakterisiert werden können, eingebaut. Der Einbau von gezielten Photoresistbereichen 45 wird über speziell geformte Masken an den ausgewählten Bauteilen 23 ' von vornherein vorgenommen, so dass die aufzubauende Metallstruktur von der unteren Funktionsebene 35 beginnend bereits an diesem Photoresistbereich 45 entlang wächst. Die ausgewählten Bauteile 23 λ werden somit in ihrer GesamtStruktur gewünscht unterbrochen hergestellt (Figur 3) . Nach dem Herauslösen des Photoresistbereichs 45 sind die inneren Strukturen des jeweiligen Bauteils 23' auf einfache Art und Weise freigelegt.
Wie Figur 3 zu entnehmen ist, ist es sinnvoll, den Photoresistbereich 45 so zu legen, dass er die ÖffnungsStrukturen schneidet, die nach der Herstellung vermessen werden sollen. So ist der Photoresistbereich 45 bei der in Figur 3 dargestellten Lochscheibe 23 ' derart eingebaut, dass er die Funktionsebenen 35, 36, 37 im Bereich der Einlassöffnung 40, des Kanals 41 und der Auslassöffnungen 42 zugleich schneidet.
Figur 4 zeigt eine Schnitt nsieht der unterbrochenen Lochscheibe 23' im Bereich einer Lackkante 46 gemäß Pfeilen IV in Figur 3. Diese Ansicht verdeutlicht somit also keinen Schnitt im Sinne eines spanenden AufSchneidens durch die Lochscheibe 23 λ, sondern eine Seitenansicht des von vornherein derart hergestellten Lochscheibenteils. Die auf einfache Art und Weise freiliegende Öffnungskontur ist so sehr einfach zerstörungsfrei vermessbar. Typische Abmessungen einer Lochscheibe 23, die vermessen werden können, sind beispielsweise die Schichtdicke a, die Höhe h des Kanals 41, der Versatz x von Einlassöffnung 40 und AuslassÖffnungen 42, der sogenannte Rückraum z, also der über die Auslassöffnungen 42 überstehende Strömungsbereich des Kanals 41, sowie der Eintrittsflankenwinkel 47 der Einlassöffnung 40 und der Austrittsflankenwinkel 48 der Auslassöffnungen 42.
Die nach dem Vereinzeln vorliegenden Bauteile werden in vollständige Bauteile 23 und unterbrochene Bauteile 23' sortiert. Die unterbrochenen Bauteile 23' werden einer Messeinrichtung 50 zugeführt. Eine schematische Mess- und Auswerteanordnung ist in Figur 5 angedeutet. Das berührungslose Messen der Bauteile 23', die z.B. an einem nicht gezeigten Werkstückträger eingespannt sind, kann mit verschiedenen Messeinrichtungen 50 erfolgen. Geeignet sind beispielsweise Rasterelektronenmikroskop, Profilprojektor mit Auflicht, optische Aufnahmegeräte wie CCD-Kamera oder Infrarotkamera, Mikroskop mit Wegmesssystem oder Microfocus- Messsystem mit Laserabtastung (UBM) . Die aufgenommenen Messwerte werden beispielsweise in einer Auswerteeinheit 51 verarbeitet und ausgewertet, wodurch eine Beurteilung der Maßgenauigkeit und der Qualität der hergestellten Bauteile 23 möglich ist.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Vermessen von mikrogalvanisch hergestellten Bauteilen mit einer dreidimensionalen, tiefenlithographisch erzeugten Struktur, gekennzeichnet durch die
Verfahrensschritte
- Aufbau eines ein- oder mehrschichtigen Bauteils (23') durch galvanische Metallabscheidung, wobei das Metall um eine die gewünschte Öffnungskontur (40, 41, 42) des Bauteils vorgebende Struktur aus Photoresist abgeschieden wird,
- dabei Einbau eines Photoresistbereichs (45) bei der mikrogalvanischen Herstellung, der das herzustellende Bauteil (23') gezielt in seiner Struktur unterbricht,
- Herauslösen zumindest des unterbrechenden Photoresistbereichs (45) aus dem unterbrochenen Bauteil
(23') und
- berührungsloses Vermessen der Öffnungsstruktur des unterbrochenen Bauteils (23') im Bereich einer ehemaligen Lackkante (46) des Photoresistbereichs (45) mittels einer Messeinrichtung (50) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoresistbereich (45) derart eingebaut wird, dass die Öffnungsstruktur des Bauteils (23') in allen Ebenen (35, 36, 37) zugleich unterbrochen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Winkel (47, 48) , Hohlräume (h) , Rückräume (z) und Versätze (x) der Öffnungsstruktur des Bauteils (23') berührungslos vermessbar sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schichtdicken (a) des Bauteils (23') berührungslos vermessbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messeinrichtungen (50) ein Rasterelektronenmikroskop, ein Profilprojektor mit Auflicht, optische Aufnahmegeräte wie CCD-Kamera oder Infrarotkamera, ein Mikroskop mit Wegmesssystem oder ein Microfocus- Messsystem mit Laserabtastung (UBM) zum Einsatz kommen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Messwerte in einer Auswerteeinheit (51) verarbeitet und ausgewertet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass baugleiche ein- oder mehrschichtige Bauteile (23) vollständig ohne die gewünschte Öffnungsstruktur unterbrechende Photoresistbereiche (45) zusammen mit den die unterbrechenden Photoresistbereiche (45) aufweisenden Bauteilen (23') durch galvanische
Metallabscheidung auf einem Wafer hergestellt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von unterbrochenen Bauteilen (23') zu vollständigen Bauteilen (23) gleicher Bauart auf einem Wafer 3 bis 5 : 1000 beträgt.
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