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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Häusung von mikromechanischen
Strukturen, wie z.B. von Volumenakustowellen- (BAW; BAW = Bulk-Acoustic-Wave)
Filtern, Akustooberflächenwellen-
(SAW; SAW = Surface-Acoustic-Wave) Filtern, Resonatoren, Sensoren,
wie z.B. Gyroskopen, oder Aktoren, wie z.B. Mikropumpen oder dergleichen.
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Chips
mit mikromechanischen Strukturen bzw. sogenannte mikromechanische
Schaltungen haben einen zunehmend größeren Marktanteil bei Hochfrequenz-Schaltern
und Frequenz-Filtern. Eine der Hauptmärkte für derartige Chips mit mikromechanischen
Strukturen ist der Mobilfunkmarkt. Ein Chip mit einer mikromechanischen
Struktur, der auch als mikromechanische Schaltung bezeichnet wird,
ist eine Halbleitervorrichtung, an deren Oberfläche eine mikromechanische Struktur
ausgebildet ist. Für
derartige Schaltungen werden eigene Gehäusungstechniken benötigt, wobei
das Gehäuse
einen Hohlraum um die mikromechanische Struktur herum festlegen muss.
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Eine
im Stand der Technik übliche
Vorgehensweise für
die Häusung
eines Chips mit einer mikromechanischen Struktur besteht darin,
aus Keramik bestehende Gehäusungselemente
mit einem Hohlraum einzusetzen. Diese Keramikgehäusestrukturen sind für die sich
heute ergebenden Technikanforderungen sowohl zu teuer als auch zu
groß.
Typische Dimensionen derartiger Keramikgehäuse für einen Chip mit einer mikromechanischen
Struktur liegen bei etwa 3 mm × 3
mm × 1,3
mm. Diese Abmessungen können
mit den üblichen
Keramikgehäusetechnologien
nicht weiter reduziert werden.
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Eine
alternative Vorgehensweise sieht es deshalb vor, Wafer mit mikromechanischen
Strukturen, sogenannte Systemwafer, aus denen die Chips mit mikromechanischen
Strukturen dann vereinzelt werden, mit einem zweiten Wafer, dem
sogenannten Deckelwafer, in den Gruben und Löcher geätzt sind, zu bonden, so dass
die Gruben des zweiten Wafers Hohlräume über den empfindlichen Strukturen
des ersten Wafers bilden, und die Löcher im zweiten Wafer die Kontaktpads
bzw. Kontaktanschlussflächen des
ersten Wafers zugänglich
machen. Dadurch werden die empfindlichen Strukturen geschützt. Mit
dieser Technik lassen sich Gehäuse
mit bedeutend kleineren Abmessungen als den vorerwähnten Keramikgehäusen erzielen.
Nachteilhaft ist jedoch der relativ aufwendige Herstellungsprozess,
der Opferschichtprozessschritte und Bondprozessschritte umfasst.
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Es
wäre deshalb
wünschenswert,
eine Möglichkeit
zu besitzen, mikromechanische Strukturen mit einem Hohlraum zu versehen
bzw. zu häusen, der
ebenfalls kleine Abmessungen ermöglicht,
dabei jedoch den Herstellungsaufwand verringert.
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Die
US 2002/0006588 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von
3D-Strukturen mit sich kontinuierlich variierenden topographischen
Merkmalen in photoempfindlichen Epoxidresists. Insbesondere beschreibt
dieselbe die Möglichkeit
unter Verwendung eines Negativresists, nämlich des SU-8, hergestellt
von MicroChem Corp. und Sotec Microsystems SA, 3D-Strukturen auf einer
ersten Hauptseite eines Substrates zu erhalten, indem der Negativresist
durch das Substrat hindurch von einer der ersten Hauptseite gegenüberliegenden
zweiten Hauptseite des Substrats her belichtet wird. Hierdurch würde, so
die Aussage der US 2002/0006588 A1, das Problem gelöst werden,
das bei einer Belichtung des Negativresists von der anderen Seite
aus, nämlich
unmittelbar und nicht durch das Substrat hindurch, die Polymerisierung
des Negativresists zunächst
an der dem Substrat abgewandten Seite des Negativresists beginnen
würde,
da das Licht von dort aus durch den Polymerisierungsprozess mit
zunehmender Eindringtiefe zunehmend geschwächt würde, so dass sich beim Entwickeln
der vernetzte bzw. polymerisierte Negativresistfilm von dem Substrat
lösen würde. Zur
Erzeugung der sich kontinuierlich verändernden 3D-Strukturen schlägt das Dokument vor, der Negativresist
durch das Substrat hindurch mit einem modulierten Lichtstrahl abzutasten
oder eine Grautonmaske zu verwenden.
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In
F.G. Tseng, Y.J. Chuang, W.K. Lin: A novel fabrication method of
embedded micro channels employing simple UV dosage control and antireflection coating,
IEEE, 02/2002, wird die Verwendung einer zeitgesteuerten UV-Belichtung
an dicken SU-8-Resists
kombiniert mit einer Anti-Reflex-Beschichtung auf der unteren Oberfläche des
Resists vorgeschlagen, um eine Mehrschichtanordnung aus eingebetteten
mikrofluidischen Kanälen
herzustellen. Der Artikel schlägt
vor, auf einem Substrat zunächst
eine Antireflexbeschichtung und daraufhin eine SU-8-Resistschicht aufzubringen.
In zwei Belichtungsschritten werden daraufhin die Teile außerhalb
der erwünschten
Kanäle
belichtet, und zwar die Kanalwände
mit einer hohen Dosis, um sie durchgehend zu vernetzen, und der
Kanalbereich mit einer geringeren Dosis, wodurch sich je nach Dosis
eine bestimmte Kanaldeckendicke ergibt. Ein Öffnungsbereich im Kanalbereich
wird bei dem zweiten Belichtungsschritt abgedeckt, um denselben
nicht zu vernetzen, so dass sich beim letztendlichen Entwicklungsschritt
eine Öffnung in
der Kanaldecke ergibt. Weitere Mikrokanalschichten werden auf dieselbe
Weise erzeugt, d.h. durch Aufbringen einer Antireflexbeschichtung
und anschließendes
Aufbringen des Negativresists, Belichten mit unterschiedlichen Dosis-Werten,
Aufbringen einer nächsten
Antireflexbeschichtung usw. Alle Mikrokanalschichten werden daraufhin
in einem gemeinsamen Entwicklungsschritt entwickelt, indem die Öffnung der
zuletzt hergestellten Mikrokanalschicht verwendet wird, wobei darauf
acht gegeben werden müsse,
dass auch die Antireflexbeschichtungen zwischen benachbarten Negativresistschichten
den Entwicklungspfad für
die unteren Kanäle
freigeben.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur
Häusung
einer mikromechanischen Struktur und ein Verfahren zur Herstellung
einer solchen Vorrichtung zu schaffen, so dass die Herstellung von
kleinen Gehäusen
für Chips
mit mikromechanischen Strukturen mit geringerem Aufwand ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren
nach Anspruch 8 gelöst.
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Die
Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zur notwendigen
Häusung
bzw. Schaffung eines Hohlraumes um die mikromechanische Struktur
auf einem Substrat, wie z.B. einem Wafer, um dasselbe anschließend in
einem Gehäuse
zu verpacken, durch beispielsweise einen Molding- bzw. Verguss-Prozess, auch eine
Photoresistmaterialstruktur verwendet werden kann, zu deren Herstellung
keine Opferschicht- oder Waferbond-Prozesse notwendig sind. Die Überlegung
bestand auch darin, dass es mit selektivem Belichten allein zwar
nicht möglich
ist einen geschlossenen Hohlraum herzustellen, da ja in dem Fall
der Verwendung eines Negativresists der nicht vernetzte (not cross-linked)
und in dem Fall eines Positivresists der ausgeblichene (bleached)
Photoresist aus dem später
das Hohlrauminnere darstellenden Bereich beim Entwicklungsschritt
irgendwie entfernbar sein muss, dass es aber ohne weiteres möglich ist,
diese für
den Entwicklungsschritt notwendige Öffnung später zu schließen, um
einen abgeschlossenen Hohlraum zu erhalten.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die den Hohlraum definierende Photoresistmaterialstruktur
aus nur einer einzigen Negativresistschicht gebildet. In einem Wandbereich wird
die Negativresistschicht mit einer höheren Dosis belichtet als in
einem durch den Wandbereich umgebenden Deckelbereich, wobei ein Öffnungsbereich innerhalb
des Deckelbereiches überhaupt
nicht belichtet wird. Ein späterer
Entwicklungsschritt ergibt dadurch eine Photoresistmaterialstruktur
mit einem Deckelabschnitt bzw. -bauglied und einem Wandabschnitt
bzw. Wandbauglied, die die mikromechanische Struktur auf dem Substrat
umgeben.
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Um
das Prozessfenster für
die Belichtungsdosis der Deckelschicht bzw. des Deckelabschnitts zu
erweitern bzw. die Genauigkeit zu erhöhen, mit welcher die Dicke
des Deckelabschnitts eingestellt werden kann, wird gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung die Photoresistmaterialstruktur aus zwei
Negativresistschichten gebildet, die übereinanderliegend auf dem
Substrat aufgebracht werden, wobei die von dem Substrat weiter entfernt
liegende Negativresistschicht eine höhere Resistempfindlichkeit
aufweist als die sich auf dem Substrat befindliche Negativresistschicht.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird die Photoresistmaterialstruktur aus
zwei Positivresistschichten gebildet, wovon die von dem Substrat
weiter weg liegende Positivresistschicht eine geringere Resistempfindlichkeit
aufweist als die dazwischen angeordnete Positivresistschicht. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird der Öffnungsbereich
mit einer ersten Dosis und der Deckelbereich mit einer zweiten,
niedrigeren Dosis belichtet. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht
in der hohen Anzahl an zur Verfügung
stehenden Positivresistmaterialien und der Möglichkeit wegen des gegenüber Negativresists
zumeist besseren Kontrasts und ihrer geringeren Neigung zum Quellen,
kleinere laterale Strukturen herstellen zu können.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird zum Abdecken der Öffnung,
um den Hohlraum abzuschließen,
ein aushärtbares
Polymer verwendet, dessen Viskosität in einem noch nicht ausgehärteten Zustand
größer als 2000cST
ist, um ein Hineinfließen
des Polymers in den Hohlraum beim Aufbringen desselben noch vor dem
Aushärtevorgang
zu verhindern.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1a–1e schematische
Schnittansichten, wie sie sich im Laufe der Herstellung einer Vorrichtung
zur Häusung
einer mikromechanischen Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ergeben, um die einzelnen Verfahrensschritte
zu veranschaulichen bzw. die Zustände, die sich nach den einzelnen
Verfahrensschritten ergeben;
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2a eine
Draufsicht auf die Maske, die bei dem Verfahrensschritt von 1a verwendet
wird;
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2b eine
Draufsicht der Maske, die bei dem Verfahrensschritt nach 1c verwendet
wird;
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2c eine
Draufsicht auf die Negativresistschicht, in der die Bereiche, die
mit unterschiedlicher Dosis in den Schritten von 1a und 1b belichtet
worden sind, veranschaulicht sind;
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3a–3c schematische
Schnittansichten, wie sie sich im Laufe der Herstellung einer Vorrichtung
zur Häusung
einer mikromechanischen Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ergeben, um die einzelnen Verfahrensschritte
zu veranschaulichen bzw. die Zustände, die sich nach den einzelnen
Verfahrensschritten ergeben;
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4a, 4b schematische
Schnittansichten, wie sie sich im Laufe der Herstellung einer Vorrichtung
zur Häusung
einer mikromechanischen Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorlie genden Erfindung ergeben, um die einzelnen Verfahrensschritte
zu veranschaulichen bzw. die Zustände, die sich nach den einzelnen
Verfahrensschritten ergeben;
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5 eine
Draufsicht auf die Maske, die bei dem Verfahrensschritt von 4a verwendet
wird;
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6a, 6b schematische
Schnittansichten, wie sie sich im Laufe der Herstellung einer Vorrichtung
zur Häusung
einer mikromechanischen Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ergeben, um die einzelnen Verfahrensschritte
zu veranschaulichen bzw. die Zustände, die sich nach den einzelnen
Verfahrensschritten ergeben;
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7a–7e schematische
Schnittansichten, wie sie sich im Laufe der Herstellung einer Vorrichtung
zur Häusung
einer mikromechanischen Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ergeben, um die einzelnen Verfahrensschritte
zu veranschaulichen bzw. die Zustände, die sich nach den einzelnen
Verfahrensschritten ergeben;
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8a eine
Draufsicht auf die Maske, die bei dem Verfahrensschritt von 7a verwendet
wird;
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8b eine
Draufsicht auf die Maske, die bei dem Verfahrensschritt von 7b verwendet wird;
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8c eine
Draufsicht auf die Positivresistschicht, in der die Regionen, die
mit unterschiedlicher Dosis in den Schritten von 7a und 7b belichtet
worden sind, angezeigt sind;
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9a, 9b schematische
Schnittansichten, wie sie sich im Laufe der Herstellung einer Vorrichtung
zur Häusung
einer mikromechanischen Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ergeben; und um die einzelnen Verfahrensschritte
zu veranschaulichen bzw. die Zustände, die sich nach den einzelnen
Verfahrensschritten ergeben;
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10a–10e schematische Schnittansichten, wie sie sich
im Laufe der Herstellung einer Vorrichtung zur Häusung einer mikromechanischen Struktur
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ergeben; und um die einzelnen Verfahrensschritte
zu veranschaulichen bzw. die Zustände, die sich nach den einzelnen
Verfahrensschritten ergeben;
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11 einen
Graphen, bei dem die Absorption von Licht in SU-8 in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
für verschiedene
Eindringtiefen bzw. für
verschiedene Schichtdicken aufgetragen ist;
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12 einen
Graphen, bei dem die Absorption SU-8 in Abhängigkeit von der SU-8-Schichtdicke für verschiedene
Lichtwellenlängen
aufgetragen ist; und
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13 eine
Photographie eines nach dem Verfahren von 10a–10e hergestellten Hohlraums in einem Verfahrensstadium
nach 10d.
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Bevor
Bezug nehmend auf die nachfolgenden Figuren die vorliegende Erfindung
anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert wird,
wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder entsprechende Elemente
in den Figuren mit gleichen oder ähnli chen Bezugszeichen versehen
sind, und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird.
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Bezug
nehmend auf die 1a–1e wird zunächst ein
Ausführungsbeispiel
für die
Herstellung einer Vorrichtung zur Häusung einer mikromechanischen
Struktur beschrieben, bei der zur Häusung eine Photoresistmaterialstruktur
aus Negativresist verwendet wird, die aus nur einer einzigen Negativresistschicht
gebildet ist.
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Wie
es in 1a gezeigt ist, wird zunächst das
Substrat 10 bereitgestellt, an dessen Hauptseite bzw. Oberseite 12 die
zu häusende
mikromechanische Struktur 14 gebildet ist. Das Substrat
ist beispielsweise ein Wafer, in welchem neben der in 1a gezeigten
mikromechanischen Struktur 14 noch weitere mikromechanische
Strukturen 14 gebildet sind, und welcher nach Durchführung der
folgenden Verfahrensschritte vereinzelt wird, um aus dem Substrat 10 mehrere
Chips mit On-Chip-Hohlräumen um
die mikromechanischen Strukturen zu bilden. Unter dem Begriff „Chip" wird jegliche Halbleitervorrichtung
verstanden, an der eine mikromechanische Struktur ausgebildet ist.
Als mikromechanische Struktur ist beispielsweise ein BAW-Filter
denkbar. Das Substrat könnte
aber freilich auch aus anderen Materialien als Halbleitermaterialien
bestehen. Zudem könnte
das Substrat als Systemwafer gebildet sein, bei dem an der Oberfläche 12 des
Substrats 14 noch andere, nicht gezeigte Strukturen gebildet
sind, wie z.B. eine integrierte Schaltung, und insbesondere noch
Kontaktanschlusspads, auf die im folgenden noch eingegangen wird.
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Auf
das so bereitgestellte Substrat 10 wird eine Resistschicht 16 aus
Negativresist aufgebracht. Als Negativresist kann beispielsweise
der Negativresist SU-8 verwendet werden. Die Aufbringung erfolgt beispielsweise über eine
Schleuderbeschichtung. Diese Schleuderbeschichtung kann zum Aufbau
einer gewünschten
Schichtdicke, die die Höhe
der später
zu realisierenden Photoresistmaterialstruktur festlegt, mehrfach
wiederholt werden. Zur besseren Haftung kann vor dem Aufschleudern
ein Haftvermittler auf der Oberfläche 12 des Substrates 10 aus
der Gasphase abgeschieden oder in gelöster Form auf dieselbe getropft
und dann abgeschleudert worden sein. Der Zustand, der sich nach
der Aufbringung der Negativresistschicht 16 einstellt,
ist in 1a zu sehen.
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1a stellt
einen Moment bei der Herstellung während des darauffolgenden Verfahrensschrittes
dar. Bei diesem Verfahrensschritt wird die Negativresistschicht 16 mittels
einer ersten Maske 18 selektiv belichtet, wie es durch
Pfeile 20 dargestellt ist. Die Belichtung wird bei einer
Wellenlänge
vorgenommen, bei der der Negativresist der Schicht 16 empfindlich
ist, d.h. sich vernetzt. Die belichteten bzw. vernetzten Stellen
bleiben bei einem Negativresist im Unterschied zu den unbelichteten
Stellen desselben bei einem nachfolgend durchgeführten und im folgenden noch
beschriebenen Entwicklungsschritt stehen, während die unbelichteten Stellen
beim Entwicklungsschritt herausgelöst werden. Ob ein bestimmter
Teil des Negativresists 16 beim Entwickeln stehen bleibt
oder nicht, hängt
davon ab, ob er ausreichend belichtet worden ist, d.h. ob er mit
einer ausreichend hohen Dosis belichtet worden ist. Da die Dosis
die Belichtungsenergie pro Flächeneinheit
angibt, mit der eine bestimmte Stelle belichtet wird, und die Energie
aufgrund der Absorption des Lichts bei den Vernetzungsprozessen
mit zunehmender Eindringtiefe abnimmt, reduziert sich die Belichtungsdosis,
die der Negativresist in der Schicht 16 erfährt, mit zunehmender
Eindringtiefe. Mit fortschreitender Belichtungszeit nimmt die Lichtabsorption
jedoch ab, da der nicht vernetzte Anteil des Negativresists in der Schicht 16 ständig abnimmt.
Bei dem Schritt von 1a ist die Belichtungsdosis,
die das Produkt aus Lichtintensität des Lichts 20 und
der Belichtungszeit ist, nun derart gewählt, dass die Resistschicht 16 an den
belichteten Stellen über
die gesamte Schichtdicke hinweg ausreichend belichtet wird, um sich
zu vernetzen und beim Entwikkeln stehen zu bleiben. Diese Mindestdosis
zur vollständigen Vernetzung über die
gesamte Schichtdicke hinweg hängt
von der Resistempfindlichkeit des Negativresistmaterials der Schicht 16 ab
und ist um so kleiner, je höher
die Empfindlichkeit ist.
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Die
Maske 18 schränkt
die Belichtung von Schritt 1a lateral,
d.h. in Ausdehnungsrichtung der Resistschicht 16, auf einen
Rahmenbereich 22 ein. Der Rahmenbereich 22 umgibt
die Stelle, an der die mikromechanische Struktur 14 gebildet
ist lateral in Form eines geschlossenen Streifens. Hierzu ist die Maske 18 bis
auf einen dem Rahmenbereich 22 entsprechenden streifenförmigen Bereich
lichtundurchlässig,
wobei in 1a der lichtundurchlässige Teil der
Maske 18, der das Belichtungslicht 20 blockiert, mit 18a und
der lichtdurchlässige
Teil, der das Belichtungslicht 20 durchlässt, mit 18b angezeigt
ist.
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In 2a ist
ein Ausführungsbeispiel
für die Maske 18 in
Draufsicht gezeigt. Der lichtundurchlässige Teil 18a ist
, schraffiert gezeichnet, während
der lichtdurchlässige
nicht schraffiert ist. Lediglich exemplarisch bildet die geschlossene
Kurve bzw. der geschlossene Streifen 18b vorliegend ein
Viereck bzw. Quadrat. Wie es zu sehen ist, wird der lichtundurchlässige Teil 18a der
Maske durch den lichtdurchlässigen
Teil 18b in einen äußeren, den
Bereich 18b umgebenden Teil 18a1 und einen inneren,
durch den Bereich 18b umgebenen Teil 18a2 aufgeteilt.
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Nach
der vorgenannten Belichtung von 1a findet
eine weitere Belichtung statt, die in 1b veranschaulicht
ist. Die Belichtung von 1b wird
mit einer zweiten Maske 24 durchgeführt. Die Maske 24 dient
zur selektiven Belichtung des Negativresists der Schicht 16 nur
an Stellen in dem Rahmenbereich 22 und in dem Bereich,
der durch den Rahmenbereich 22 umschlossen wird, nämlich dem
im folgenden als Deckelbereich bezeichneten Bereich 28.
Zusätzlich
blockiert die Maske 24 das Belichtungslicht 26 an
einem Ausschnitt 30 innerhalb des Deckelbereiches 28,
der im folgenden als Öffnungsbereich 28 bezeichnet
wird.
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Der
lichtundurchlässige
Teil der Maske 24 ist mit 24a oder lichtdurchlässige mit 24b in 1b angezeigt. 2b zeigt
die zweite Maske 24 in Draufsicht. Wie es zu sehen ist,
zerfällt
der lichtundurchlässige
Teil 24a in zwei Teile, nämlich einen den lichtdurchlässigen Teil 24b umgebenden äußeren Teil 24a1 und
einen von demselben umschlossenen inneren Teil 24a2. Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 2a und 2b ist
der äußere Umfang
des lichtdurchlässigen
Teils 24b deckungsgleich mit dem äußeren Umfang des lichtdurchlässigen Teils 18b der ersten
Maske. In den beiden Belichtungsschritten 1a und 1b werden
diese beiden Masken derart justiert, dass diese Umfangslinien zu
der Resistschicht 16 in den aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten
von 1a und 1b gleich
ausgerichtet sind. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass, da ja
der Randbereich 22 bereits in Schritt 1a belichtet
worden ist, der lichtdurchlässige
Teil der zweiten Maske auch kleiner sein könnte, allerdings mindestens
so groß sein
muss wie der lichtundurchlässige
innere Teil 18a2 der ersten Maske. In diesem Fall werden
in den beiden Belichtungsschritten von 1a und 1b die
beiden Masken 18 und 24 derart zu der Resistschicht 16 justiert,
dass sich der äußere Umfang
des lichtdurchlässigen
Teils 24b der zweiten Maske vollständig im durch die erste Maske
definierten Randbereich 22 befindet.
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Die
Belichtung von 1b dient der Vorbereitung des
Deckels der erwünschten
Photoresistmaterialstruktur. Bei diesem Belichtungsschritt wird dementsprechend
die Belichtungsdosis kleiner gewählt
als bei dem Schritt 1a. Hierzu wird im Vergleich
zu der Belichtung nach 1a beispielsweise die Belichtungszeit
verkürzt,
die Belichtungsintensität verringert
oder die Lichtdurchlässigkeit
des lichtdurchlässigen
Bereiches 24b der Maske 24 relativ zu derjenigen
der Bereiche 18a in der ersten Maske verringert. Die Belichtungsdosis
bei dem Schritt von 1b wird so klein gewählt, dass
die Nega tivresistschicht 16 sich nicht über die volle Schichtdicke
vernetzt sondern nur bis zu einer gewissen gewünschten Dekkeldicke von der
freiliegenden Seite 32 der Resistschicht 16 aus.
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In 1c ist
das Ergebnis der beiden Belichtungsschritte von 1a und 1b gezeigt.
Dort sind nämlich
innerhalb der Negativresistschicht 16 diejenigen Bereiche
gepunktet angezeigt, welche durch die Belichtungsvorgänge in den 1a und 1b ausreichend
belichtet sind, um bei anschließender
Entwicklung stehen zu bleiben und nicht herausgelöst zu werden. 2c zeigt
die Draufsicht auf die freiliegende Seite 32 der Resistschicht 16 nach den
Schritten 1a und 1b, um
anzuzeigen, welche lateralen Bereiche der Schicht 16 welche
Dosis erfahren haben. Zusätzlich
ist in 2c die Schnittebene I-I angezeigt,
entlang welcher der Schnitt von 1c verläuft.
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Wie
es 2c zu entnehmen ist, kann die Schicht 16 je
nach der empfangenen Dosis in vier Bereiche gegliedert werden. Der Öffnungsbereich 30 ist unbelichtet.
Der Negativresist in diesem Bereich 30 wird folglich vollständig über die
gesamte Schichtdicke hinweg beim Entwicklungsschritt herausgelöst werden.
Der Restbereich des Deckelbereiches 28 ist mit einer Dosis
belichtet worden, die ausreicht, um den Photoresist der Schicht 16 von
der freiliegenden Seite 32 der Schicht 16 aus
bis zu einer Tiefe d, der späteren
Deckeldicke, zu vernetzen bzw. zu belichten. In dem Randbereich 22 ist
der Negativresist der Schicht 16 über die vollständige Schichtdicke
D hinweg vernetzt worden. In der Seitenansicht von 1c ergibt
sich deshalb der gepunktete Bereich 34.
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Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist der Bereich außerhalb
des Rahmenbereiches 22, der in 1c und 2c mit 36 angezeigt ist,
ebenfalls unbelichtet geblieben, wie auch der Öffnungsbereich 30.
Obwohl dies zur Erzeugung des später
erwünschten
Hohlraumes um die mikromechanische Struktur 14 nicht notwendig
ist, ermöglicht das
Nichtbelichten des Bereiches 36, dass später bei der
Entwicklung des Negativresists Anschlussflächen auf der Oberfläche 12 des
Substrates 10 freigelegt werden können, wobei diese Anschlussflächen der Übersichtlichkeit
halber jedoch nicht gezeigt sind. Diese Anschlussflächen können beispielsweise
zur direkten Kontaktierung der mikromechanischen Struktur 34 oder
zu einer indirekten Ansteuerung derselben dienen.
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Nach
den beiden Belichtungsschritten von 1a und 1b wird
die Photoresistschicht 16 entwickelt, wodurch die unbelichteten
Teile der Negativresistschicht 16 entfernt werden und lediglich
die belichteten Teile auf dem Substrat 10 verbleiben. Sie bilden
somit eine Photoresistmaterialstruktur um die mikromechanische Struktur 14 herum.
Genauer ausgedrückt
bildet die Struktur 34 einen Hohlraum 38, der
die Struktur 34 von der mikromechanischen Struktur 14 trennt,
so dass dieselbe in ihren mechanischen Eigenschaften nicht gestört wird.
Insbesondere besteht die Struktur 34 aus einem auf der
Oberfläche 12 fußenden Rahmen 40,
der von der Oberfläche 12 vorsteht
und die mikromechanische Struktur 14 lateral umgibt, und
einem Deckel 42, der ausgehend von dem freien Ende des
Rahmens 40 die mikromechanische Struktur 14 unter
Beabstandung überspannt
und dabei eine Öffnung 44 in
dem Öffnungsbereich
aufweist.
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Der
Entwicklungsschritt von 1d kann
auf jegliche geeignete Art und Weise durchgeführt werden. In jedem Fall dient
die Öffnung 44 dazu,
den unbelichteten Resist aus dem Hohlraum 38 zu entfernen.
Der unbelichtete Resist kann beispielsweise mittels Entwicklerflüssigkeit
entfernt werden, die auf die Resistoberfläche 32 aufgesprüht und einfach
bis zur vollständigen
Bedeckung der Oberfläche 32 aufgetropft
wird, und anschließend
mit beispielsweise Wasser oder Isopropanol weggespült wird,
welches wiederum durch Zentrifugieren abgeschleudert wird.
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Zur
Fertigstellung der Häusung
für die
mikromechanische Struktur wird nach dem Entwicklungsschritt noch
die Öffnung 44 verschlossen
bzw. abgedeckt. Als Verschluss wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf der Oberfläche 12 des
Substrats 10 eine weitere Negativresistschicht der Dicke d2
aufgebracht, die größer als
die Schichtdicke d der Schicht 16 ist, und zumindest der
Bereich 44 und der Bereich darum herum, in dem vorliegenden
Fall sogar etwas über
den Rahmenbereich 22 hinaus, belichtet, um dieselbe über die
gesamte Schichtdicke D2 hinweg zu belichten
bzw. zu vernetzen. Diese Vorgehensweise ergibt nach anschließender Entwicklung
dieser zweiten Negativresistschicht eine Verschlussschicht 46,
wie sie in 1b gezeigt ist, die die Öffnung 44 und
darüber
hinaus auch die gesamte freiliegende Oberfläche der Struktur 34 umgibt,
um auf der Oberfläche 12 zu
fußen.
Der Verschluss muss aber nicht über
die Struktur hinausreichen, er könnte auch
nur einen Stopfen in der oder, falls mehrere vorgesehen sind, den
freibleibenden Öffnungen 44 bilden.
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Das
Material für
die Verschlussschicht 46 kann beispielsweise dasselbe Material
sein wie dasjenige, welches für
die Struktur 34 verwendet worden ist, wie z.B. SU-8. Darüber hinaus
können
freilich auch andere Materialien verwendet werden. Der Verschluss
der Löcher
im Deckelbereich kann beispielsweise mit einem beliebigen Polymer
erfolgen, wobei jedoch photoempfindliche bzw. photosensitive Polymere
bevorzugt sind, die zudem umweltresistent sein können. Um zu verhindern, dass
das Polymer beim Aufbringen nicht in dem Hohlraum 38 fließt, sollten die
Polymereigenschaften so gewählt
sein, dass die Viskosität
des Polymers während
des Aufbringens, d.h. im noch nicht ausgehärteten Zustand, eine Viskosität von größer als
2000cST aufweist. Es kann beispielsweise SU-8 mit ausreichend hoher
Viskosität
verwendet werden, wie z.B. SU-8 50 mit 12250cST.
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Das
Ergebnis des Herstellungsverfahrens, das im vorhergehenden Bezug
nehmend auf die 1a–1e beschrieben
worden ist und in 1e gezeigt ist, ist folglich
eine Vorrichtung zur Häusung
der mikromechanischen Struktur 14. Sie umfasst neben dem
Substrat 10 eine aus einer Negativresistschicht 16 gebildeten
Struktur 34 mit einem geschlossenen Rahmen 40,
einem Deckel 42 und einer Öffnung 44 in dem Deckel,
wobei der Hohlraum 38 in derselben durch die Schicht 46 verschlossen ist.
In dem Fall, dass das Substrat 12 beispielsweise ein Wafer
war, wird in den gezeigten Verfahrensschritten eine Struktur, wie
sie in 1e gezeigt ist, an vielen Stellen
des Wafers gleichzeitig gebildet. Durch anschließendes Dicen bzw. Vereinzeln
des Wafers werden dann Chips mit einem On-Chip-Hohlraum und einer mikromechanischen
Struktur in demselben erzielt. Diese können dann beispielsweise durch
Moulden bzw. Vergießen
abgeschlossen werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
zur Herstellung einer Vorrichtung zur Häusung einer mikromechanischen
Struktur wird im folgenden Bezug nehmend auf die 3a und 3b erörtert. Dieses Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von demjenigen von 1a–1e dadurch,
dass anstelle einer einzigen Negativresistschicht eine zweilagige
Anordnung bzw. ein Sandwich 16 aus zwei Negativresistschichten 16a und 16b verwendet
wird, von denen die eine aus einem weniger und die andere aus einem
höher empfindlichen
Negativresist besteht. Im Unterschied zu dem Verfahren nach 1a–1e wird
folglich nach Bereitstellung des Substrates 10 zunächst die
Negativresistschicht 16b aus weniger empfindlichem Negativresist
und dann die zweite Negativresistschicht 16a aus dem empfindlicheren
Negativresist aufgebracht, so dass sich die zweite Negativresistschicht 16b zwischen
der Negativresistschicht 16a und dem Substrat 10 befindet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Resist „weniger
empfindlich" als
ein anderer, wenn er eine geringere Resistempfindlichkeit aufweist.
Die Resistempfindlichkeit ist ein Maß dafür, wie hoch die Dosis sein
muss, um eine entsprechende photochemische Umwandlung, wie z.B.
die Vernetzung in dem Fall von Negativresist oder das Ausbleichen
in dem Fall von Positivresist zu erreichen.
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Abgesehen
von dieser Veränderung,
entspricht das Verfahren aus den 3a–3c dem Verfahren
aus 1a–1e,
wobei 3b dem Verfahrensschritt von 1b und
die 3c dem Stadium von 1c entspricht.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 3a–3c wird
die Schichtdicke der oberen Negativresistschicht 16a in
etwa auf die gewünschte Schichtdicke
der späteren
Deckschicht bzw. des späteren
Deckels eingestellt, oder genauer auf einen Wert, der etwas unterhalb
der gewünschten
Schichtdicke liegt. Der Vorteil an der Vorgehensweise nach 3a–3c besteht
darin, dass einerseits aufgrund der höheren Resistempfindlichkeit
der oberen Negativresistschicht 16a bei der zweiten Belichtung, wie
sie in 3b dargestellt ist, die minimale
Belichtungsdosis, die notwendig ist, um die obere Negativresistschicht 16a vollständig zu
polymerisieren bzw. zu vernetzen, sehr klein ist. Auf der anderen
Seite ist aufgrund der niedrigeren Resistempfindlichkeit der darunter
befindlichen Negativresistschicht 16b die Belichtungsdosis,
die notwendig ist, um auch die untere Photoresistschicht 16b vollständig zu
vernetzen, sehr hoch, zumal diese Schicht ja von der sehr empfindlichen
und damit hoch absorbierenden Schicht 16a abgedeckt ist.
Damit ergibt sich ein sehr großer Bereich
an Belichtungsdosiswerten, die dazu führen, dass die Doppelschicht 16 nicht über ihre
gesamte Dicke, d.h. der Dicke der Schicht 16a plus der
Dicke der Schicht 16b, hinweg aber zumindest über die
gesamte Dicke der Teilschicht 16a hinweg vernetzt. Anders
ausgedrückt
wird hierdurch das Prozessfenster für die Belichtungsdosis der
Deckelschicht im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel von 1a–1e erweitert.
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Eine
weitere Alternative zu dem Verfahren nach 1a–1e wird
im folgenden Bezug nehmend auf die 4a–4b erläutert. Nach
dieser Alternative werden die beiden Belichtungsschritte von 1a und 1b zu
einem Belichtungsschritt zusammengefasst. Erzielt wird dies durch
die Verwendung einer Maske 50, die sich von der Maske 18 von 1a dadurch
unterscheidet, dass sie im inneren lichtundurchlässigen Teil 18a nicht
völlig
lichtundurchlässig
sondern nur lichtabschwächend
wirkt, mit Ausnahme des mit dem Öffnungsbereich
korrespondierenden Teils der Maske, der lichtundurchlässig bleibt.
Dementsprechend umfasst die Maske 50 einen lichtundurchlässigen Teil 50a,
einen lichtdurchlässigen
Teil 50b und einen semilichtdurchlässigen Teil bzw. semitransparenten
Teil 50c, der einen höheren
Absorptionskoeffizienten an der Belichtungswellenlänge aufweist
als der Teil 50a.
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Eine
Draufsicht der Maske 50 ist in 5 gezeigt.
In 5 ist der lichtundurchlässige Teil schraffiert und
der semitransparente Teil 50c gepunktet gezeichnet. Wie
es zu erkennen ist, zergliedert sich der lichtundurchlässige Teil
in einen äußeren lichtundurchlässigen Teil 50a1,
der mit dem lichtundurchlässigen
Teil 18a1 der ersten Maske des Verfahrens von 1a–1e korrespondiert,
und einen zweiten inneren lichtundurchlässigen Teil 50a2,
der mit dem inneren lichtundurchlässigen Teil 24a2 der
zweiten Maske des Verfahrens nach 1a–1e korrespondiert.
Der lichtdurchlässige
Teil 50b korrespondiert mit dem lichtdurchlässigen Teil 18b der
ersten Maske des Verfahrens nach 1a–1e.
Der semitransparente Bereich 50c korrespondiert flächenmäßig mit
dem Teil 24b der zweiten Maske nach dem Verfahren von 1a–1e.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 4a–4b sind
die Lichtdurchlässigkeit
des Bereiches 50c sowie die Belichtungsdosis bei der Belichtung
in 4a derart zu wählen,
dass einerseits die Belichtungsdosis im Rahmenbereich 22 ausreicht,
um den Negativresist in der Schicht 16 vollständig zur
Vernetzung zu bringen, und dieselbe andererseits in dem Deckelbereich 28 derart
abgeschwächt
wird, dass sie dort von der Oberfläche 32 aus nur bis
zu der gewünschten
Schichtdicke des Deckels zur Vernetzung des Negativresists führt. Die aufgrund der
Lichtschwächung
geringere bzw. abgeschwächte
Lichtdosis des Belichtungslichtes 22 im Bereich 28 bzw. 50c gegenüber derjenigen
in den restlichen Bereichen 22 ist in 4a durch
die verschieden langen Pfeile 20 angedeutet.
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Bis
auf die Zusammenfassung der beiden Belichtungsschritte stimmt das
Ausführungsbeispiel von 4a–4b mit
dem Verfahren von 1a–1e überein,
wobei 4b 1c entspricht.
Nach dem Ausführungsbeispiel
von 4a–4blässt sich
der Hohlraum 38 folglich mit einer Maske bzw. einem Lithographieschritt
weniger erzeugen. Die Maske 50 kann in dem abschwächenden
Teil 50c beispielsweise aus opakem Material oder aus einem
feinen Chromraster zur Reduzierung der Dosis bestehen.
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6a–6b zeigen
zu den 4a und 4b korrespondierende
bzw. entsprechende Verfahrensstadien gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das von dem Verfahren nach 4a–4b dadurch
abweicht, dass anstelle einer einschichtigen Negativresistschicht
ein Sandwich 16 aus, den Negativresistschichten 16a–16b wie
bei dem Ausführungsbeispiel von 3a–3c verwendet
wird.
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Im
folgenden werden Bezug nehmend auf die 7a–9b Ausführungsbeispiele
beschrieben, die sich auf die Herstellung einer Vorrichtung zur Häusung einer
mikromechanischen Struktur beziehen, bei der die Photoresistmaterialstruktur
nicht aus einer Negativresistschicht bzw. einem Sandwich aus Negativresistschichten
gebildet ist, sondern vielmehr aus einem Sandwich aus Positivresistschichten.
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Im
Unterschied zu Negativresist, bei dem beim Entwickeln die nicht
belichteten Stellen entfernt werden und nur die belichteten Resistteile
bestehen bleiben, weist Positivresist die umgekehrte Eigenschaft
auf, dass bei Entwicklung desselben die belichteten Teile entfernt
und die unbelichteten stehen bleiben. Aufgrund dieser Tatsache ist
die Vorgehensweise bei der Herstellung etwas anders als bei den vorhergehenden
Aus führungsbeispielen.
Nachfolgendes Ausführungsbeispiel
mit Positivresist bezieht sich auf ein Zweischichtsystem bzw. eine
Sandwichanordnung, wie es auch bei den Ausführungsbeispielen von 3a–3c und 6a–6b der
Fall war.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 7a–7e beginnt,
wie die vorhergehenden Ausführungsbeispiele
mit Negativresist auch, mit der Bereitstellung des Substrates 10,
das an seiner Hauptseite 12 die mikromechanische Struktur 14 aufweist.
Danach werden auf der Oberfläche 12 des Substrates 10 zunächst eine
erste Positivresistschicht 116b und dann eine zweite Positivresistschicht 116a aufgebracht.
Die Aufbringung der Positivresistschichten kann wie Bezug nehmend
auf 1a im Hinblick auf Negativresistschichten beschrieben
vorgenommen werden. Lediglich das aufgebrachte Material unterscheidet
sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
dadurch, dass es Positivresisteigenschaften aufweist.
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Die
beiden Positivresistschichten 116a und 116b weisen
unterschiedliche Resistempfindlichkeit auf. Und zwar weist insbesondere
die obere Positivresistschicht 116a eine geringere Resistempfindlichkeit
auf als die von derselben abgedeckte Positivresistschicht 116b.
Der Grund für
diese Wahl der Resistempfindlichkeitsverhältnisse wird noch aus der folgenden
Beschreibung insbesondere im Hinblick auf den zweiten Belichtungsschritt
nach 7b deutlich werden.
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Nach
der Aufbringung der Positivresistschichten 116a–116b erfolgt
der erste Belichtungsschritt. Der erste Belichtungsschritt wird
mittels einer ersten Maske 118 durchgeführt, die lichtundurchlässige Abschnitte 118a und
lichtdurchlässige
Abschnitte 118b aufweist, derart, dass eine Belichtung
mittels des Belichtungslichtes 20 lateral nur an dem Öffnungsbereich 30 und
dem Außenbereich 36 stattfindet
und das Belichtungslicht an den anderen lateralen Stellen blockiert
wird. Eine Draufsicht der ersten Maske 118 ist in 8a dargestellt.
Insbesondere ist das lichtundurchlässige Gebiet 118a schraf fiert
dargestellt, während
hingegen nicht schraffierte Gebiete lichtdurchlässig sind. Wie es zu erkennen
ist, ist das lichtdurchlässige
Gebiet in zwei Teile aufgespalten, nämlich einen äußeren, das
Gebiet 118a umgebenden Teil 118b1 und einen inneren, von
dem lichtundurchlässigen
Gebiet 118b umgebenen Teil 118b2. Wie es später noch
herauskommen wird, korrespondiert die Ausdehnung des lichtundurchlässigen Bereiches 118a mit
der Größe des Deckelbereiches 28 und
des Wandbereiches 22 zusammengenommen.
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Die
Belichtungswellenlänge
ist wiederum derart gewählt,
dass der Positivresist der Schichten 116a und 116b auf
dieser Wellenlänge
photoempfindlich reagiert, so dass es anschließend durch einen Entwickler
entfernbar ist.
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Die
Beleuchtungsdosis im ersten Beleuchtungsschritt von 7a ist
ausreichend hoch gewählt,
so dass sowohl die erste Photoresistschicht 116a als auch
die untere Photoresistschicht 116b über ihre gesamte Dicke hinweg
an den belichteten Bereichen 30 und 36 ausreichend
belichtet sind, so dass sie an diesen Stellen am Entwickeln über die gesamte
Dicke hinweg vollständig
entfernt werden.
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7b zeigt
den zweiten Belichtungsschritt, der auf den ersten Belichtungsschritt
von 7a folgt. Der zweite Belichtungsschritt von 7b wird mittels
einer zweiten Maske 124 durchgeführt. Die zweite Maske umfasst
einen lichtundurchlässigen Teil 124a und
einen lichtdurchlässigen
Teil 124b, derart, dass das Belichtungslicht 126 bei
der Belichtung von 7b nur im Deckelbereich 28 auf
die freiliegende Oberfläche 36 der
oberen Positivresistschicht 116a trifft.
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Bei
diesem Belichtungsvorgang ist die Belichtungsdosis niedriger gewählt als
bei dem ersten Belichtungsschritt von 7a. Zum
einen ist die Belichtungsdauer niedriger gewählt als die Belichtungsdauer,
die notwendig wäre,
um die obere Positivresistschicht 116a in ihrer vollständigen Dicke
zu belich ten bzw. auszubleichen. Die Belichtungsdauer, die hierzu
notwendig wäre,
ist jedoch auch relativ hoch, da ja die obere Positivresistschicht 116a eine relativ
zu der unteren Positivresistschicht 116b niedrige Resistempfindlichkeit
aufweist. Folglich kann die Belichtungsdosis bei dem Belichtungsschritt
von 7b immer noch recht hoch gewählt werden, ohne dass die obere
Positivresistschicht 116a durchgeblichen wird. Zudem, da
die obere Positivresistschicht 116a eine niedrige Resistempfindlichkeit
aufweist, wird von dem einfallenden Belichtungslicht 126 durch die
obere Positivresistschicht 116a auch nur wenig Licht absorbiert,
so dass über
die Belichtungszeit hinweg von Beginn an ein hoher Anteil des einfallenden Belichtungslichtes
auch in die von der oberen Positivresistschicht 116a abgedeckte
untere Positivresistschicht 116b eindringt. Diese untere
Positivresistschicht 116b weist nun aber eine relativ höhere Resistempfindlichkeit
auf, so dass eine relativ geringe Belichtungsdosis an der Grenzfläche zwischen
den Positivresistschichten 116a–116b ausreicht, um
die untere Positivresistschicht 116b über ihre vollständige, Dicke
hinweg auszubleichen. Insgesamt ist es deshalb möglich, die Belichtungsdosis
derart einzustellen, dass einerseits die obere Photoresistschicht 116a nicht über ihre
gesamte Dicke umgewandelt aber die darunter befindliche eigentlich
abgedeckte Positivresistschicht 116b über ihre gesamte Dicke hinweg
umgewandelt wird. Je höher
der Unterschied der Empfindlichkeiten der beiden Schichten ist,
desto größer ist
das Prozessfenster für
die Belichtungsdosis der durch den Belichtungsschritt von 7b zu erzeugenden
Deckelschicht.
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8b zeigt
eine Draufsicht der zweiten Maske 124, wobei wiederum der
lichtundurchlässige Teil 124a schraffiert
und der lichtdurchlässige
Teil 124b nicht schraffiert dargestellt ist. Der lichtundurchlässige Teil 124b erstreckt
sich lateral über
eine dem Deckelbereich 28 entsprechende Fläche.
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7c zeigt
den Zustand an, der sich nach den beiden Belichtungsschritten von 7a und 7b ergibt.
In 7c ist der unbelichtete Teil des Positivresistschichtensandwich 116 gepunktet
und mit dem Bezugszeichen 134 dargestellt. Wie es zu sehen
ist, ist in dem Rahmenbereich bzw. Wandbereich 22, der
ja lateral die mikromechanische Struktur 14 vollständig umläuft, das
Positivresistsandwich 116 über die ganze Dicke hinweg
unbelichtet. Im Deckelbereich 28 ist die Photoresistdoppelschicht 116 lediglich
im oberen Teil, der der Höhe
nach in etwa der Dicke der oberen Photoresistschicht 116a entspricht, unbelichtet.
Darunter ist der Positivresist im Deckelbereich 28 bis
hinab zur Oberfläche 12 des
Substrates 10 belichtet. Lediglich im Öffnungsbereich 30 erstreckt
sich der belichtete Teil des Positivresists in der Doppelschicht 116 über die
gesamte Dicke hinweg von der Oberfläche 12 des Substrates 10 bis
zur freiliegenden Seite 32.
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Die
weiteren Verfahrensschritte von 7d und 7e entsprechend
dann weitestgehend den Verfahrensschritten von 1d und 1e.
Bei dem Verfahrensschritt, der auf die beiden Belichtungsschritte
von 7a und 7b erfolgt,
findet die Entwicklung des Positivresistes statt, wie z.B. durch
die oben beschriebene Aufbringung eines geeigneten Entwicklers,
mit anschließender
Abspülung
des Entwicklers mit Wasser oder anderen Lösungsmitteln, wie z.B. Isopropanol,
und Entfernen derselben durch Zentrifugieren.
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Die
entstehende Photoresistmaterialstruktur 134 entspricht
in ihrer Form derjenigen von 1c und
in ihrem Aufbau derjenigen von 3c, d.h.
sie ist auch aus zwei Photoresistschichten aufgebaut, mit dem Unterschied,
dass die Struktur 134 von 7d aus
Positivresist besteht.
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Im
nachfolgenden Verfahrensschritt wird dann wieder eine die Öffnung 44 in
dem Deckel 42 abdeckende Schicht 146 aufgebracht,
die beispielsweise ebenfalls aus Positivresist bestehen kann.
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Ebenso
wie das Ausführungsbeispiel
von 3a–3c im
Hinblick auf die Zusammenfassung der Belichtungsschritte variiert
werden konnte, kann auch das Ausführungsbeispiel von 7a–7e darin
variiert werden, dass die beiden Belichtungsschritte von 7a und 7b durch
einen einzigen Belichtungsschritt mittels einer einzigen Maske 150 ersetzt
werden. Die Maske 150 umfasst einen lichtundurchlässigen Teil 150a,
einen lichtdurchlässigen
Teil 150b und einen semitransparenten Teil 150c,
der verglichen zu dem lichtdurchlässigen Teil 150b eine
höhere
Absorption aufweist. Die Maske von 9a entspricht
im wesentlichen dem Inversen der Maske von 4a. Anders
ausgedrückt gelangt
man ausgehend von der Maske von 4a zu
der Maske von 9a wenn man die lichtundurchlässigen und
die lichtdurchlässigen
Teile vertauscht.
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Wie
es in 9b gezeigt ist, die den Zustand nach
der Belichtung von 9a zeigt, entspricht die Form
des belichteten Teils des Positivresists der Doppelschicht 116 derjenigen,
wie sie sich bei dem Ausführungsbeispiel
von 7a–7e ergeben hat,
weshalb die nachfolgenden Verfahrensschritte nach dem Ausführungsbeispiel
von 9a–9b zu
denjenigen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels von 7a–7e auch
identisch sind.
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Bei
den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde
die Erzeugung eines Hohlraums in entweder Negativresist oder Positivresist
dadurch erzielt, dass unterschiedliche Dosen der gleichen Wellenlänge auf unterschiedliche
laterale Bereiche angewendet wurden. Das Prozessfenster für die Einstellung
der Dosen, insbesondere der Dosis für die Erzeugung des Deckels,
konnte bei Negativresist dadurch erhöht werden, dass eine Sandwichstruktur
aus unterschiedlich empfindlichen Resistschichten verwendet wurde.
Gemäß dem nachfolgenden
Ausführungsbeispiel
wird das Prozessfenster dadurch erhöht, dass bei der Belichtung
für den
Deckel der zu erzeugenden Photoresisthohlraumstruktur ein anderer
spektraler Bereich verwendet wird als bei der Durchgängigen Vernetzung
der Rahmenstruktur, nämlich ein spektraler
Bereich oder eine spektrale Wellenlänge, bei dem bzw. der das Photoresist,
hier ein Negativresist, empfindlicher ist bzw. eine höhere Absorption aufweist
als in einem spektralen Bereich bzw. an einer Wellenlänge, das
bzw. die zur Belichtung des Rahmenbereiches verwendet wird, bei
der ja das Negativresist vollständig über die
gesamte Dicke hinweg vernetzen soll, so dass letztgenannter Belichtung
eine zu hohe Absorption hinderlich wäre.
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Das
Herstellungsverfahren nach 10a–10e beginnt, wie das Verfahren nach 1a–1e auch,
mit der Bereitstellung eines Substrates 10, an dessen Hauptseite 12 eine
mikromechanische Struktur 14 vorgesehen ist, und auf der eine
Negativresistschicht 16 aufgebracht ist, von der wiederum
exemplarisch davon ausgegangen wird, dass sie aus SU-8-Negativresistmaterial
besteht. Daraufhin wird eine Belichtung mittels einer Maske 18 durchgeführt, die
lichtundurchlässige
Teile 18a und lichtdurchlässige Teile 18b derart
aufweist, dass sie eingestrahltes Belichtungslicht 20 lateral
nur an einer Rahmenregion 22 auf das Negativresist 16 treffen lässt. Belichtungswellenlänge und
Belichtungsdosis sind wie bei dem Ausführungsbeispiel von 1a derart
gewählt,
dass das Negativresist über
die gesamte Schichtdicke hinweg vernetzt wird. Die Belichtung kann
beispielsweise mit einer Wellenlänge
von 365 nm oder in einem spektralen Bereich durchgeführt werden,
der sich von längeren
Wellenlängen
bis zu 365 nm erstreckt, wobei der Grund für diesen Bereich noch aus den
nachfolgend erläuterten
Graphen deutlich werden wird.
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In
einem nachfolgenden Schritt wird die Belichtung für den Deckel
mit der Öffnung
durchgeführt. Dieser
Verfahrenschritt ist in 10b veranschaulicht.
Das Negativresist 16, das am Rahmenbereich 22 bereits
durchgängig
belichtet worden ist, wird bei diesem Schritt mittels einer Maske 24 belichtet,
wie sie auch im Schritt 1b verwendet
wird, d.h. einer Maske 24, die lichtundurchlässige Teile 24a und
lichtdurchlässige
Teile 24b lateral derart angeordnet aufweist, dass Belich tungslicht 26 lateral
nur im Deckelbereich 28 und dort unter Ausnahme des Öffnungsbereiches 30 durchgelassen
wird, um auf das Negativresist 16 aufzutreffen sowie. Vorliegend
ist die Maske 24 zudem derart beschaffen, die das Belichtungslicht 26,
wie wohl nicht unbedingt notwendig, da dort bereits ja das Resist
schon durchgängig über die gesamte
Dicke vernetzt ist, auch im Rahmenbereich 22 auftrifft.
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Als
Belichtungslicht 26 wird jedoch Licht anderer Wellenlänge verwendet
als das Belichtungslicht 20 beim ersten Belichtungsschritt
von 10a. Genauer ausgedrückt, ist
das Spektrum des Belichtungslichtes 26 derart ausgewählt, dass
das Negativresist der Negativresistschicht 16 bei dem spektralen Bereich
bzw. der Wellenlänge
dieses Spektrums eine bedeutend höhere Absorption bzw. eine höhere Empfindlichkeit
aufweist als bei dem spektralen Bereich bzw. der Wellenlänge des
Belichtungslichtes 20 des ersten Belichtungsschrittes.
Vorzugsweise weist das Negativresist bei dem spektralen Bereich
der zweiten Belichtung von 10b eine
um den Faktor 10 oder. mehr höhere
Absorption auf als bei dem spektralen Bereich der ersten Belichtung
von 10a. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird das Belichtungslicht 26, das die Maske 24 passiert,
mit der erwünschten
Wellenlänge
bzw. dem Wellenlängenbereich
dadurch erzeugt, dass breitbandiges Licht 160 durch ein
optisches Filter 162 mit geeigneten Filtereigenschaften
geleitet wird, um nur Licht der erwünschten Wellenlänge durchzulassen. Das
Filter 162 ist beispielsweise das Filter UV 300 der Firma
Süss Microtec,
um als Belichtungslicht 26 Licht mit einer Wellenlänge von
ca. 313–335
nm zu erzielen, wobei als Lichtquelle beispielsweise eine Quecksilberdampflampe
verwendet wird. Eine abtastende Belichtung mittels eines Laserstrahls
ist jedoch ebenfalls möglich,
ebenso wie die Verwendung anderer Lichtquellen-Filter-Paare oder
monochromatisches Laserlicht.
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Der
Effekt des Auswählens
der Wellenlänge der
Belichtung im Schritt von 10b derart,
dass die Absorption des Negati vresists 16 für diese
Wellenlänge
bedeutend größer als
bei der Belichtung von 10a ist,
ist, dass dadurch das Prozessfenster für die Einstellung der Belichtungsdosis
größer ist
und somit die Dicke der Vernetzungsschicht innerhalb der Negativresistschicht 16 genauer
eingestellt werden kann. Dies wird im folgenden anhand der 11-12 erläutert, wobei
davon ausgegangen wird, dass als Negativresist SU-8 verwendet wird.
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Die
Absorption von SU-8 ist in 11 als Graph
aufgetragen über
die Wellenlänge
für verschiedene
Eindringtiefen bzw. Schichtdicken gezeigt. Wie es zu sehen ist,
steigt die Absorption von SU-8 bei kürzeren Wellenlängen als
der i-Linie (365 nm) einer Quecksilberdampflampe sehr stark an.
Verwendet man nun Licht mit Wellenlängen kürzer als die i-Linie, so wird
das Licht in den oberen Lackschichten der Negativresistschicht 16 so
stark absorbiert, dass nur die oberen Bereiche des Resists 16 belichtet
werden. Die Dicke dieses durchbelichteten Bereiches kann bei ansonsten
gleichen Bedingungen, wie z.B. gleichbleibender Belichtungsdosis,
aufgrund der Abhängigkeit
der Absorption von der Belichtungswellenlänge durch die Wahl einer geeigneten
Belichtungswellenlänge
oder Wählen
eines geeigneten Belichtungswellenlängenbereiches variiert werden,
wie z.B. einer geeigneten Kantenlage eines Kantenfilters, eines
geeigneten Bandpassfilters, durch Wahl eines geeigneten Laserlichtes.
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Die
Einstellung der Deckendicke, die erzeugt wird, ist bei hoher Absorption
aber auch sehr unempfindlich gegen Dosisvariationen. Man erhält folglich ein
großes
Prozessfenster, da die Dicke unempfindlich gegenüber Dosisschwankungen wird.
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12 zeigt
noch in einem Graphen die Absorption von SU-8 aufgetragen über die
Eindringtiefe bzw. SU-8-Schichtdicke für verschiedene Lichtwellenlängen, wobei
die Graphen durch einen Least-Square-Fit durch Messpunkte erhalten
wurden. Wie es zu sehen ist, ist die Belichtungsdosis bei 365 nm
in einer Ein dringtiefe von 100 nm durch eine 16 mal geringere Absorption
geschwächt
worden als in dem Fall der Verwendung von Belichtungslicht der Wellenlänge 335
nm. Dies ist der Grund, wieso gleiche Beleuchtungsenergie bei unterschiedlicher
Belichtungswellenlänge
zu unterschiedlichen Vernetzungsschichtdikken führt. Im zweiten Belichtungsschritt
ist folglich die Eindringtiefe verglichen zum ersten Belichtungsschritt
reduziert und somit auch die belichtete Schichtdicke.
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Die
Belichtungsdosis wird im zweiten Belichtungsschritt derart eingestellt,
dass sich bei der ausgesuchten Wellenlänge die geeignete Schichtdicke ergibt.
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Die
Anordnung der belichteten Teile der Negativresistschicht 16,
wie sie durch die Belichtungsschritte 10a und 10b gezeigt
worden sind, sind in 10c gezeigt. Wie es zu sehen
ist, entspricht die Anordnung der Anordnung von 1c.
Dementsprechend entspricht auch im weiteren Verlauf das Herstellungsverfahren
nach 10a–10e demjenigen
von1a–1e.
Das heißt,
in einem nachfolgenden Entwicklungsschritt wird das Resist der Negativresistschicht 16,
das nicht belichtet worden ist, herausgelöst, wodurch der Hohlraum 38 erzeugt wird,
der von der Photoresisthohlraumstruktur 34 umgeben wird,
wie es in10d gezeigt ist. Anschließend erfolgt
das Verschließen
des Hohlraums 38, wobei dies im vorliegenden Fall nach 10e auf die selbe Weise wie in 1e geschieht,
nämlich
durch Aufbringen einer weiteren Resistschicht 46 aus Negativresist,
Belichtung und anschließender
Entwicklung.
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13 zeigt
abschließend
noch eine Aufnahme eines Querschnitts eines Hohlraums, der durch
die Schritte nach 1a–1d erzeugt
worden ist, wobei im zweiten Belichtungsschritt eine Quecksilberdampflampe
in Verbindung mit einem Bandpassfilter UV300 und als Negativresist
das SU-8 verwendet wurde. Die Größenverhältnisse
sind in 13 oben links angedeutet.
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Die
im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichten
folglich eine technisch unaufwendigere und kostengünstigere
Häusung
einer mechanischen Struktur dadurch, dass ein photostrukturierbarer
Resist auf einem Substrat bzw. Wafer aufgetragen und strukturiert
wurde, bzw. die Erzeugung eines Hohlraumes für Bauelemente, die Bereiche
enthalten, deren Funktion ohne Hohlraum durch ein Mouldgehäuse beeinträchtigt werden
würde.
In dem Fall eines Negativresists wurde dieser Resist gemäß einem
Ausführungsbeispiel
in zwei Belichtungen mit zwei unterschiedlichen Belichtungsdosen
und unterschiedlichen Masken strukturiert. Hierbei wurde mit einer
ersten Belichtung ein Rahmen belichtet, der die zu schützenden
Strukturen umschließt
und die gesamte Restdicke belichtet. In einer direkt anschließenden zweiten
Belichtung wurde mit einer zweiten Maske und einer geringeren Belichtungsdosis
der Resist über
dem zu schützenden
Bauteil bis zu einer durch die Dosis definierten Dicke belichtet.
Diese zweite Belichtung definierte das Dach des zu verschließenden Hohlraums.
Das Dach wurde gleichzeitig im zweiten Belichtungsschritt mit Löchern versehen.
Im anschließenden
Entwicklungsschritt wurde der unbelichtete Resist unterhalb des
Daches durch die Löcher
im Dach herausgelöst.
Die Löcher im
Dach wurden durch eine zweite zu strukturierende Resistschicht verschlossen.
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Gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
wurden die ersten zwei Belichtungsschritte zu einem Schritt zusammengefasst,
indem eine entsprechende Maske verwendet wurde. Die Maske durfte
im Rahmenbereich der Struktur die Belichtungsdosis nicht reduzieren.
Im gesamten Dachbereich, je nach gewünschter Dachdicke, wurde die
Dosis entsprechend abgeschwächt.
Im Bereich der Löcher
fand keine Belichtung statt. Eine solche Maske, nämlich wie
die Maske 50, aber auch die Maske 150, ließe sich
entweder durch opake Materialien im Deckelbereich oder durch feine
Rasterung der Metallschicht der Maske erzeugen.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel wurde
ein fotostrukturierbarer negativ Resist mit einer speziellen Wellenlänge bzw,
einem speziellen Wellenlängenbereich,
dort exemplarisch eine Hg-Dampf-Lampe mir speziellem Filter, belichtet. Ausgenutzt
wurde dabei die wellenlängenabhängige Absorption
des Resists. Die Absorption von SU-8-Resist steigt bei kürzeren Wellenlängen als
der i-Linie sehr stark an. Verwendet man nun Licht mit Wellenlängen kürzer als
die i-Linie, so wird das Licht in den oberen Lackschichten so stark
absorbiert, dass nur die oberen Bereiche des Resists belichtet werden.
Die Dicke dieses durchbelichteten Bereichs kann somit durch die
Wahl einer geeigneten Wellenlänge
oder Wellenlängenbereichs
variiert werden und wird sehr unempfindlich gegen Dosisvariationen. Man
erhält
dadurch ein großes
Prozessfenster, da die Dicke unempfindlich gegen Überbelichtung
wird. Belichtet man nach dieser Vorgehensweise eine 100 μm dicke SU-8-Schicht
mit 335 nm statt mit 365 nm, so hat man eine um Faktor 16 höhere Absorption.
Die Eindringtiefe reduziert sich entsprechend und somit die belichtete
Schichtdicke. Mit einer ersten Maske mit einer Dosis 1, die ausreichend
ist, um die gesamte Resistschicht zu belichten, wird nun ein Rahmen belichtet.
In einer zweiten Belichtung wird mit einer Dosis 2 der Deckelbereich
belichtet. Dabei wird Licht einer Wellenlänge oder Wellenlängenbereichs
verwendet, bei der der Resist stark absorbiert. In dem Deckelbereich
befinden sich unbelichtete Teile, die Löcher im Deckel bilden. Bei
der Entwicklung des Resists löst
man den unbelichteten Resist heraus und es entsteht ein Hohlraum.
Mit einer zweiten Resistschicht und 3. Belichtung mit anschließender Entwicklung
werden die Löcher
im Deckel verschlossen und Kontaktpads geöffnet.
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Ferner
wurden Ausführungsbeispiele
unter Verwendung von Positivresist beschrieben. Hier wurde mit einem
Zweischichtsystem gearbeitet. Unempfindlicherer Resist war über empfindlicherem
Resist angeordnet. Belichteter Positivresist wurde bei der Entwicklung
entfernt.
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Alle
Ausführungsbeispiele
können
auch zur Erzeugung bzw. Häusung
von frei schwingenden Platten, Schwungmassen oder dergleichen verwendet
werden.
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Im
folgenden wird noch auf verschiedene Variationsmöglichkeiten der vorhergehenden
Ausführungsbeispiele
hingewiesen. Beispielsweise war die oben beschriebene Form des Rahmens
der Photoresistmaterialstruktur, die ja in der Draufsicht quadratisch
war, lediglich exemplarischer Natur und kann jegliche andere Form
mit einer geschlossenen Kurve auf der Oberfläche 12 aufweisen.
Ferner kann die Lage und die Anzahl der Öffnung bzw. Öffnungen
in dem Deckel bzw, der Deckelschicht variiert werden. Ferner wird
darauf hingewiesen, dass obwohl im vorhergehenden von Belichtungsschritten
die Rede war, ferner auch jegliche Strahlung verwendet werden könnte außer Licht,
wie z.B. α-Strahlung.
Auch die im vorhergehenden gelieferten Beispiele für Verschlüsse des Öffnung in
der Photoresistmaterialstruktur, die eine Photoresistschicht vorsahen,
können
beliebig abgeändert
werden. Insbesondere wäre
es grundsätzlich
denkbar mit einem geeigneten Vergussmaterial mit den geeigneten
Materialeigenschaften, insbesondere mit der ausreichend hohen Viskosität, die Öffnung durch
Moulden zu schließen,
und dabei gleichzeitig die gesamte Oberfläche 12 zu abzuschließen.
-
Ferner
wird darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel von 10a–10e natürlich ebenfalls
in Verbindung mit einer Doppelstruktur bzw. Sandwichstruktur durchgeführt werden
kann und/oder mit nur einer Maske. Die einzelne Maske könnte lateral
wie die Maske von 5 aufgebaut sein, nämlich mit
einem Bereich 50a1, 50a2, der ein breitbandiges
einfallendes Licht lateral selektiv nicht hindurchlässt bzw.
blockiert, nämlich
insbesondere an dem Öffnungsbereich,
einem Bereich 50b, der Licht nur in einem ersten Spektralbereich
durchlässt, nämlich für die durchgängige Vernetzung
im Rahmenbereich, und einem Bereich 50c, der Licht nur
in einem zweiten Spektralbereich durchlässt, nämlich für die teilweise Vernet zung
im Deckelbereich ausgenommen des Öffnungsbereiches. Das Dosisverhältnis für die belichteten
Bereiche könnte über das
Verhältnis
der Filterstärken
an den lichtdurchlässigen Bereichen 50b, 50c mit
unterschiedlicher Filterfunktion eingestellt werden.
-
- 10
- Substrat
- 12
- Hauptseite
- 14
- mikromechanische
Struktur
- 16
- Negativresistschicht
- 18
- Maske
- 18a
- lichtundurchlässiger Teil
- 18b
- lichtdurchlässiger Teil
- 20
- Belichtungslicht
- 22
- Rahmenbereich
- 24
- Maske
- 24a
- lichtundurchlässiger Teil
- 24b
- lichtdurchlässiger Teil
- 26
- Belichtungslicht
- 28
- Deckelbereich
- 30
- Öffnungsbereich
- 32
- freiliegende
Seite
- 34
- Photoresistmaterialstruktur
- 36
- Außenbereich
- 38
- Hohlraum
- 40
- Rahmenabschnitt
- 42
- Deckelabschnitt
- 44
- Öffnung
- 46
- Verschlussschicht
- 50
- Maske
- 50a
- lichtundurchlässiger Teil
- 50b
- lichtdurchlässiger Teil
- 50c
- semitransparenter
Teil
- 116
- Positivresistschicht
- 118
- Maske
- 118a
- lichtundurchlässiger Teil
- 118b
- lichtdurchlässiger Teil
- 124
- Maske
- 124a
- lichtundurchlässiger Teil
- 124b
- lichtdurchlässiger Teil
- 126
- Belichtungslicht
- 134
- Photoresistmaterialstruktur
- 146
- Verschlussschicht
- 150
- Maske
- 150a
- lichtundurchlässiger Teil
- 150b
- lichtdurchlässiger Teil
- 150c
- semitransparenter
Teil
- 160
- Licht
- 162
- Filter