用于制造微结构的方法技术

按照本发明专利技术的方法涉及在衬底(1)中制造具有膜状的、跨接式或悬伸式的面(2)的微结构。在此，悬伸式的面(2)是由于通过蚀刻过程导致的材料弱化并且通过材料去除来在衬底中产生凹空(3)而获得的。为此，在第一方法步骤中，在例如由玻璃构成的衬底(1)中，借助于激光辐射将修饰部(4)沿着环形闭合的周围轮廓(5)引入衬底(1)中。在第一步骤中，将不耐湿化学蚀刻浴的牺牲层(6)施加到如此修饰的衬底(1)上，并且将耐蚀刻介质的膜层(7)、例如金属层施加到牺牲层(6)上。随后通过未进一步示出的蚀刻介质进行蚀刻作用。在此，蚀刻作用导致衬底材料的沿着周围轮廓(5)的线状的、槽状的去除。在达到牺牲层(6)之后，牺牲层按照周围轮廓(5)并且沿横向溶解。由此，被周围轮廓(5)包围的区域失去其附着力或结合力并且可以整体地从衬底(1)移除。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造微结构的方法本专利技术涉及一种用于在衬底中制造具有膜状的、跨接式或悬伸式的面的微结构、尤其MEMS和MOEMS(微机电系统和微光机电系统)的方法，所述面是由于通过蚀刻过程导致的材料弱化、通过材料去除来在衬底中产生凹空(腔)而获得的。这类微结构例如作为基于这样的微机电系统(MEMS)的压力检测装置或麦克风已知，其中，提供跨接式结构，跨接式结构作为膜构成微机械系统的基础。因此，重要的方面是有针对性的材料弱化，通过该材料弱化提供易弯曲的面。因此，悬伸式或跨接式的结构最佳地适合于麦克风或传感器。在实践中，目前几乎唯一使用的用于制造这样的结构的方法是深反应离子刻蚀(英文：deepreactiveionetching，缩写：DRIE)，该方法可实现受控的去除，以便将层厚度减小至希望的残留厚度。该方法目前只能与硅结合使用，这导致高的材料成本。例如，专利文献US4,236,137A公开了一种半导体测压传感器。此外，专利文献US5,178,016A和US6,093,579A公开了半导体压力传感器。专利文献DE102017216418A1涉及一种具有加长的浅多边形腔的压力检测装置、尤其基于微机械系统(MEMS)的压力检测装置。该压力检测装置具有硅载体衬底、在硅载体衬底的上侧中形成的加长的浅多边形腔、嵌入的二氧化硅层、形成在该二氧化硅层上的装置层以及至少四个结合片，这些结合片在装置层的上侧中形成并且布置在该上侧上。该至少四个结合片与加长的浅多边形腔隔开。更准确地说，至少四个结合片与加长的浅多边形腔如此隔开，使得这些结合片不与加长的浅多边形腔连接。压力检测装置可以具有布置在多边形腔上方的膜，该膜的形状由多边形腔的形状确定，并且该膜的尺寸与多边形腔的尺寸大致相同。已知由于硅膜的挠曲在MEMS压力检测装置中可能出现压力非线性(pressurenonlinearity)。然而，膜挠曲的能力还决定了MEMS压力检测装置检测压力变化的能力。如果膜挠曲增加，则输出非线性也增加。当膜尺寸减小时，MEMS压力检测装置的压力灵敏度变得更成问题。然而，较小的膜和较小的MEMS压力检测装置能够使MEMS压力检测装置自身的以及其中要放置MEMS压力检测装置的壳体的制造成本降低。还已知由这种微结构构造的麦克风，其构造类似于压力传感器，并且麦克风将声压转换成电信号，同时泄漏路径确保了麦克风前后的容积之间的静压力均衡。麦克风由至少一个独立式结构构成，该结构暴露于环境中并且根据施加的声压移动。其中，通过测量膜和位于膜前或膜后的穿孔的反电极之间的电容来检测膜的移动。可选择的已知的基本原理基于直接的压电效应，该基本原理允许检测独立式结构的移动。在这种类型的麦克风中，通过结构的挠曲来影响压电层，继而在压电层的表面上产生电荷。该电荷可以作为输出电压被检测和评估。通过激光诱导深度蚀刻对玻璃进行精密加工的通用方法已经以LIDE(LaserInducedDeepEtching)为名。LIDE方法能够以最高的速度引入极精确的孔和结构并且因此为在微系统技术中更多地使用玻璃作为材料创造了条件。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种微结构，利用该微结构可以在提高灵敏度和减小压力非线性的同时实现MEMS压力感测装置的模子尺寸的减小。该技术问题通过根据独立权利要求1所述的微结构来解决。优选的设计方案在从属权利要求中给出。按照本专利技术，在通过由玻璃构成的衬底形成的玻璃衬底中制造所述微结构，方式是：在第一步骤中，将修饰部借助于激光辐射沿着优选环形地、不必须是圆形地闭合的周围轮廓引入衬底中，并且将至少一个膜层面状地施加到玻璃衬底上来制造跨接式或悬伸式的面，其中，在衬底和膜层之间将牺牲层至少包围在包围所述修饰部的周围轮廓的局部面中，其中，随后使衬底的背离膜层的一侧受到蚀刻作用通过该蚀刻作用(或称为蚀刻攻击)主要沿着激光修饰的区域的周围轮廓进行材料去除，直至达到牺牲层，从而导致通过横向蚀刻溶解或减少牺牲层，并且最终导致玻璃衬底的被周围轮廓包围的轮廓的连接部从周围的玻璃衬底以及从膜层分离。本专利技术基于意料之外的认识，即，通过使用玻璃衬底来代替目前为止几乎唯一使用的硅衬底可以明显减小所谓的压力非线性，这一方面是由于玻璃衬底的与此有关的更好的材料特性，另一方面是由于膜层的层厚度中的小得多的公差。尤其地，按照本专利技术仅去除包括牺牲层在内的玻璃衬底，而膜层保持不变，从而膜层在整个施加面上是均匀的。换言之，在蚀刻去除的过程中，材料去除可靠地在达到牺牲层时结束，从而将实施该方法时的误差影响减小到最小。同时，由于使用玻璃代替硅，通过按照本专利技术的方法能够显著降低制造成本，其中，可用的玻璃衬底的明显更大的面积相对于在这方面受限制的硅衬底实现了另外的成本优势。在此业已证明，牺牲层不必完全溶解或者说解体，而是在短暂的蚀刻作用之后相对于玻璃衬底和/或膜层的连接部就被如此弱化，使得该连接部松脱并且被周围轮廓包围的玻璃体剥离。按照本专利技术的特别有利的实施方式，所述方法通过以下方法步骤实施：·将修饰部借助于激光辐射沿着至少一个优选环形闭合的周围轮廓引入玻璃衬底中；·对玻璃衬底进行蚀刻并且由此将至少一个凹空、例如作为槽状的凹陷引入玻璃衬底的外表面中；·在包围凹空的第一区域中，将牺牲层施加到玻璃衬底上；·在包围第一区域的第二区域中，将膜层施加到牺牲层上，其中，第二区域大于第一区域；·从玻璃衬底的背离膜层的一侧对玻璃衬底进行蚀刻，从而材料去除至少基本上沿着激光修饰的区域的修饰部的周围轮廓进行，直至达到牺牲层，从而导致牺牲层的溶解或减少，并且最终导致玻璃衬底的被周围轮廓包围的轮廓的连接部从周围的玻璃衬底以及从膜层分离。以此方式，可以通过第一蚀刻步骤引入玻璃衬底的轮廓化的外表面，例如形式为由于蚀刻作用产生的环形的凹陷，该轮廓化的外表面对在后续的工艺过程中待施加的膜层起成形作用。因此，膜层不限于平坦的延伸，而是可以例如具有波纹的形状，该波纹的形状与波纹管类似地可以用作减轻拉力结构。因此，以类似的方式可以制造用于扬声器或压力传感器的膜。如此，按照本专利技术可以制造几乎任意的表面形状。在此业已证明特别有利的是，所述修饰部沿着多个环形闭合的周围轮廓被引入玻璃衬底中，其中，所述多个周围轮廓优选同心地包围彼此。当然，除了圆形的周围轮廓和任意形状的轮廓之外，还可以制造多边形的周围轮廓，其中，相邻的周围轮廓尤其彼此平行地间隔，使得与相邻的周围轮廓的距离在周围轮廓的延伸中是恒定的。可以针对不同的周围轮廓选择激光辐射的强度。但对许多应用特别有意义的是，沿着第一周围轮廓的激光辐射的参数不同于沿着被第一周围轮廓包围的第二周围轮廓的激光辐射的参数，使得例如凹陷的幅度朝第一区域的中心减小。此外，当例如通过使用掩蔽来使玻璃衬底的仅局部区域受到蚀刻作用时，蚀刻作用还可以不均匀地设计。可以使用本身已知的各种方法将层施加到玻璃衬底的外表面上，其中，已经证明溅射过程对于构造膜层或牺牲层是适宜的。可以沿着柱体形或多边形的周面引入周围轮廓，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在衬底(1)中制造具有膜状的、跨接式或悬伸式的面(2)的微结构的方法，所述面是由于通过蚀刻过程导致的材料弱化、通过材料去除来在衬底(1)中产生凹空(3)而获得的，其特征在于，在通过由玻璃、尤其石英玻璃构成的衬底(1)形成的玻璃衬底中制造所述微结构，方式是：在第一步骤中，将修饰部(4)借助于激光辐射沿着优选环形闭合的周围轮廓引入衬底(1)中，并且将至少一个膜层(7)面状地施加到衬底(1)上来制造跨接式或悬伸式的面(2)，其中，在衬底(1)和膜层(7)之间将牺牲层(6)至少包围在包围所述修饰部(4)的周围轮廓(5)的局部面中，其中，随后使衬底(1)的背离膜层(7)的一侧受到蚀刻作用，通过该蚀刻作用主要沿着激光修饰的区域的周围轮廓(5)进行材料去除，直至达到牺牲层(6)，从而导致牺牲层(6)的溶解或减少，并且最终导致衬底(1)的被周围轮廓(5)包围的轮廓的连接部从周围的衬底(1)以及从膜层(7)分离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180809 DE 102018119405.6;20190320 DE 102019107111.一种用于在衬底(1)中制造具有膜状的、跨接式或悬伸式的面(2)的微结构的方法，所述面是由于通过蚀刻过程导致的材料弱化、通过材料去除来在衬底(1)中产生凹空(3)而获得的，其特征在于，在通过由玻璃、尤其石英玻璃构成的衬底(1)形成的玻璃衬底中制造所述微结构，方式是：在第一步骤中，将修饰部(4)借助于激光辐射沿着优选环形闭合的周围轮廓引入衬底(1)中，并且将至少一个膜层(7)面状地施加到衬底(1)上来制造跨接式或悬伸式的面(2)，其中，在衬底(1)和膜层(7)之间将牺牲层(6)至少包围在包围所述修饰部(4)的周围轮廓(5)的局部面中，其中，随后使衬底(1)的背离膜层(7)的一侧受到蚀刻作用，通过该蚀刻作用主要沿着激光修饰的区域的周围轮廓(5)进行材料去除，直至达到牺牲层(6)，从而导致牺牲层(6)的溶解或减少，并且最终导致衬底(1)的被周围轮廓(5)包围的轮廓的连接部从周围的衬底(1)以及从膜层(7)分离。


2.一种用于在尤其由石英玻璃构成的玻璃衬底中制造具有膜状的、跨接式或悬伸式的面(2)的微结构的方法，所述面是由于通过蚀刻过程导致的材料弱化、通过材料去除来在玻璃衬底中产生至少一个凹空(3)而获得的，所述方法具有以下方法步骤：
·将修饰部(4)借助于激光辐射沿着至少一个优选环形闭合的周围轮廓(5)引入玻璃衬底中；
·在包围所述修饰部(4)的周围轮廓(5)的第一区域中，将牺牲层(6)施加到玻璃衬底上；
·在包围第一区域的第二区域中，将膜层(7)施加到所述牺牲层(6)上；
·从玻璃衬底的背离膜层(7)的一侧对玻璃衬底进行蚀刻，从而材料去除至少基本上沿着激光修饰的区域的修饰部的周围轮廓(5)进行，直至达到牺牲层(6)，从而导致牺牲层(6)的溶解或减少，并且最终导致玻璃衬底(1)的被周围轮廓(5)包围的轮廓的连接部从周围的玻璃衬底(1)以及从膜层(7)分离。


3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在借助于激光辐射将所述修饰部(4)引入玻璃衬底中之后，首先使玻璃衬底的至少一个外表面受到蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：R奥斯索尔特，N阿姆布罗西乌斯，
申请(专利权)人：LPKF激光电子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE