專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在應(yīng)用基于氧化硅的材料的情況下構(gòu)件的結(jié)構(gòu)化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在應(yīng)用基于氧化硅，特別是硅酸鹽玻璃、玻 璃陶瓷或石英的材料的情況下構(gòu)件的結(jié)構(gòu)化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
硅晶片和玻璃晶片屬于在顯微技術(shù)中最常用的材料。在此玻璃對(duì)
于不同的MEMS-應(yīng)用(微電子機(jī)械體系)中具有越來(lái)越重要的意義。 這除了涉及作為用于封裝敏感傳感器的復(fù)合體的經(jīng)典使用外，還首先 用于生物分析的微流體化應(yīng)用。然而也由此也提出了用于不同組成的 不同硅酸鹽玻璃的結(jié)構(gòu)化的必要性。分別根據(jù)應(yīng)用，需要在玻璃中有 不同的結(jié)構(gòu)具有高縱橫比或用于通孔敷鍍的特定傾斜角的孔、用于 通道和薄膜制備的槽或用于高頻結(jié)構(gòu)元件的特殊形狀。
對(duì)于硅的結(jié)構(gòu)化過(guò)程，不僅有高精度的而且有有效的等離子體蝕 刻法(高速率蝕刻)，采用等離子體技術(shù)以大的蝕刻深度(超過(guò)10 jum)迄今只能較差地進(jìn)行玻璃的結(jié)構(gòu)化。因此目前仍?xún)?yōu)選采用基于 激光、超聲、噴砂、濕法蝕刻工藝過(guò)程或還有鋸的技術(shù)。等離子蝕刻 法迄今實(shí)際只允許遠(yuǎn)小于1 lam/min的蝕刻速率(X. H. Li， T. Abe，和 M.Esashi， "Deep reactive ion etching of Pyrex glass," 見(jiàn) 戶(hù)roc. J"力/五i"i" itffi^ rec力/22'ca/ ""e"， 1/23-27/00巻，
Miyazaki，日本，2000, pp. 271-276; J. H. Park et al.， "Deep dry etching of borosilicate glass using SF6/Ar…"Microelectronic Engineering 82 ( 2005 ) 119-128 )和蝕刻型式(Atzprofil)的非 常有限的可控制性。因此只有借助于經(jīng)特殊剪裁的掩模(Masken-) 尺寸而實(shí)現(xiàn)坡面角的削平(如直至約70°)。在現(xiàn)有工藝中昂貴的掩模技術(shù)也是必需的。因此，蝕刻深度達(dá)到約50jum例如是以4 jam的 穩(wěn)、定的樣掩才莫(X. H. Li， T. Abe，和M. Esashi， "Deep reactive ion etching of
Pyrex glass using SF6 plasma" 5"e/ so" fl/7cM"w"0" A 87 ( 2001 ) 139 - 145 )或9 jam的鎳掩模(J. H. Park et al. "Deep dry etching of borosilicate glass using SF6/Ar…，，，#/croe/e"ro/ /c ^ ^'力eer/;^ 82 ( 2005 ) 119-128 )為前提的。采用電化學(xué)方法制備 這樣的鎳掩模關(guān)系到附加的費(fèi)用，因?yàn)闉榇诵枰厥獾闹虚g層，其同 樣必須被結(jié)構(gòu)化。此外由上述的出版物可知，鎳導(dǎo)致機(jī)械應(yīng)力的顯著 的增加。
對(duì)于蝕刻速率提高的可能性迄今(X. H.Li， T.Abe,和M. Esashi， Deep reactive ion etching of Pyrex glass using SF6 plasma, Se膽"a;7cT A 87 ( 2001 ) 1 39 - 145 )只有通過(guò)使用高
的離子加速電壓(與電偏壓成比例，也就是所謂的偏置電壓)和較小 的工作壓而實(shí)現(xiàn)。在此，通過(guò)二個(gè)參數(shù)而提高了的離子轟擊因此特別
起到了提高蝕刻速率的作用，因?yàn)橥ǔＫ褂玫牟Ａб泊蠖己?A1203-和Na20-成分，這些成分與所使用的氟基等離子體相關(guān)地不形成 揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物。雖然在0.8 Pa時(shí)觀(guān)察到蝕刻速率隨著溫度(然而 根據(jù)作者的陳述溫度是可忽略的)有較小的增加，但是它的最大值總 是低于在低壓(0. 2Pa)下的蝕刻速率。因此，根據(jù)作者的陳述很清 楚地，物理學(xué)上特定的濺射蝕刻是占主導(dǎo)的。這也是用于等離子體蝕 刻玻璃襯底的所有其他已知工藝的基礎(chǔ)。
發(fā)明描述
本發(fā)明的目的在于，研發(fā)出一種用于基于氧化硅，特別是硅酸鹽 玻璃，玻璃陶瓷或石英的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)化的方法和裝置，其使得在高速 度下蝕刻和在此保證對(duì)于掩模材料的良好選擇性以及對(duì)于蝕刻型式 的較大可變性成為可能。
該目的采用權(quán)利要求1和28的特征部分而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，在用于在應(yīng)用基于氧化硅，特別是硅酸鹽玻璃，玻 璃陶瓷或石英的材料的情況下對(duì)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的方法中，在構(gòu)件的 至少 一個(gè)第 一表面處通過(guò)等離子體蝕刻而部分地進(jìn)行材料的剝蝕，在 此，至少在待蝕刻的表面處在等離子體蝕刻時(shí)襯底溫度是可調(diào)節(jié)的，
該溫度基本上是大于90x:，然而小于材料的軟化溫度。通過(guò)這種高的 襯底溫度可令人驚奇地達(dá)到高的蝕刻速率。
優(yōu)選地，本方法采用至少一個(gè)能量源在含氟的氣體混合物中實(shí)
施，在此在材料表面上施加上掩模，其留出(freilasst)要?jiǎng)兾g的 材料區(qū)域。在此，采用以高頻-或低頻-等離子體源的形式的笫一能量 源來(lái)產(chǎn)生具有改變離子能量的可能性的等離子體，和/或采用第二能 量源生成高密度的等離子體(高密度等離子體-HDP)。通過(guò)選擇或聯(lián) 合用以生成等離子體的能量源，使得基于氧化硅的構(gòu)件的非常寬的加 工處理范圍是可能的。
所要加工的構(gòu)件的襯底溫度優(yōu)選為100-700'C。然而試驗(yàn)檢測(cè)已 經(jīng)顯示的是，在300-500。C之間的襯底溫度下可調(diào)節(jié)得到最好的結(jié)果。
另外可能的是，等離子體蝕刻用恒定的離子能量來(lái)實(shí)施。然而附 加的優(yōu)點(diǎn)為提供了變動(dòng)的離子能量，在此在等離子體蝕刻期間使高的 離子能量與減少的離子能量交替更換。在此，離子能量在由于形成不 揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物而引起玻璃蝕刻速率下降時(shí)，隨著蝕刻時(shí)間而短時(shí)間 地提高和隨后又減小。這優(yōu)選地交替地進(jìn)行，并且在各30秒至90秒 后改變離子能量。不揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)經(jīng)提高的離子能量和由此而 引起的蝕刻基底的濺射過(guò)程而消除/去除，從而離子能量又下降且蝕 刻過(guò)程隨著減小的離子能量和(由于經(jīng)去除的不揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物)又 有可能提高的蝕刻速率而繼續(xù)進(jìn)行。
優(yōu)選的方式是所要生成的蝕刻型式可根據(jù)離子能量和/或離子密 度和/或氣體混合物的組成和/或襯底溫度而調(diào)節(jié)。
例如蝕刻型式可通過(guò)離子能量、離子密度和鈍化氣體作為一方對(duì) 村底溫度作為另一方的比例而受到影響。在此，蝕刻型式是可特別如 下受到影響的—通過(guò)提高的離子密度一一增加的蝕刻坡面的陡度，
-通過(guò)提高的在氣體混合物中的氟含量一一減小的蝕刻坡面的陡 度，
-通過(guò)提高的溫度一一減小的蝕刻坡度的陡度。
在蝕刻工藝之前施加到所要蝕刻的材料表面上的掩模，優(yōu)選由具
有阻抗能力的(widerstandsfahigen)金屬(如鉻、鎳、鋁或它們的 合金)或由耐溫的有機(jī)材料(如聚酰胺(Polymide)或環(huán)氧樹(shù)脂)組
成o
等離子體蝕刻特別地在1-40 Pa的工藝壓力和不超過(guò)300V的偏 置電壓下進(jìn)行，其中驗(yàn)證到隨著增加著的襯底溫度蝕刻速率也增加。
可能的是，在對(duì)置于第一表面的第二表面處也實(shí)施構(gòu)件的結(jié)構(gòu) 化。這同樣也可以通過(guò)等離子體蝕刻進(jìn)行，但是激光加工或機(jī)械加工， 如拋光、噴砂或磨削也是可行的。通過(guò)第二表面的加工可以進(jìn)行它的 結(jié)構(gòu)化和/或變薄(Abdiinnen)過(guò)程。從而可以生成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。另 外可能的是，將所要結(jié)構(gòu)化的基于氧化硅的材料施加到襯底上，該襯 底優(yōu)選由硅組成并且其用于晶片的結(jié)構(gòu)化。
由此可以有效的方式制備氧化硅-硅-晶片復(fù)合體。
根據(jù)本發(fā)明的用于在應(yīng)用基于氧化硅，特別是硅酸鹽玻璃，玻璃 陶瓷或石英的材料的情況下結(jié)構(gòu)化構(gòu)件的裝置，其中在構(gòu)件的至少一 個(gè)第一表面處通過(guò)等離子體蝕刻而部分地進(jìn)行材料的剝蝕，該裝置上 構(gòu)造有加熱器(Heizung)用來(lái)生成襯底溫度(構(gòu)件溫度)一一大于 90'C,但是小于構(gòu)件材料的軟化溫度。
此外該裝置具有至少一個(gè)用來(lái)生成等離子體的能量源，以及含氟 的氣體混合物。材料的表面是用掩模涂層的，其留出材料的所要?jiǎng)兾g 的區(qū)域。
優(yōu)選的方式是在裝置側(cè)整合入以高頻-或低頻-等離子體源形式 的能量源用來(lái)生成等離子體，該等離子體具有調(diào)節(jié)/改變離子能量的 可能性(在蝕刻之前或在此期間)和/或整合入用來(lái)生成高密度等離 子體(高密度等離子體-HDP)的第二能量源。采用加熱器至少在所要加工的襯底表面上產(chǎn)生ioox:-7()o'c，優(yōu) 選為300°C-500x:的襯底溫度。
該裝置基本上由用于等離子體蝕刻的真空室構(gòu)成，在該真空室中
主要是含氟的氣氛和在其中設(shè)置用于所述構(gòu)件的容納器(Aufnahme)， 其中所述容納器優(yōu)選是用于容納晶片的襯底載體(卡盤(pán))。所述加熱 器或者與容納器聯(lián)接(gekoppelt)將其設(shè)置在容納器上方并且構(gòu)造 為是輻射加熱器。在此，第一能量源與襯底載體聯(lián)接，第二能量源與 在襯底載體上方的線(xiàn)圏機(jī)構(gòu)連接。除了應(yīng)用用于第二能量源的線(xiàn)圏機(jī) 構(gòu)來(lái)產(chǎn)生高密度的等離子體外還可以使用作為第二能量源的微波源。
第一能量源的激發(fā)頻率優(yōu)選為10 kHz-27MHz，第二能量源的激 發(fā)頻率優(yōu)選>2 MHz。
根據(jù)本發(fā)明的令人驚奇的高蝕刻速率顯而易見(jiàn)地這樣達(dá)到，即， 玻璃至少在所要蝕刻的表面處具有高的溫度。所以由此發(fā)現(xiàn)，盡管在 硅酸鹽玻璃中摻混入例如Al力3和Na20，然而本身在比較高的工藝壓 力(35Pa)和較小的偏置電壓(22V)下，當(dāng)玻璃溫度是足夠高時(shí)(如 400°C )，蝕刻速度可以高達(dá)4jLiin/min。在此，堪比于現(xiàn)有技術(shù)的電 能輸入(eingekoppelt)等離子體源中(電感耦合等離子體-ICP )。 這只能理解為存在令人驚奇的主導(dǎo)的化學(xué)效應(yīng)。因此，基于用于蝕刻 PYREX -玻璃的玻璃蝕刻速率的溫度依賴(lài)性，例如也可測(cè)得活化能為 13.2kJ/mo1。
以下根據(jù)實(shí)施例和附圖來(lái)更清楚地解釋本發(fā)明。附圖為
圖l:在應(yīng)用高頻-等離子體源形式的第一能量源以產(chǎn)生等離子和
調(diào)節(jié)離子能量的情況下等離子體蝕刻室的原理示意圖，所述能量源與
襯底載體聯(lián)接。
圖la:根據(jù)

圖1的等離子體蝕刻室的原理示意圖，其中附加地釆 用第二能量源而可產(chǎn)生高密度的等離子體(高密度等離子體-HDP)。
圖2:由玻璃襯底構(gòu)成的構(gòu)件的橫截面，該玻璃襯底設(shè)置有經(jīng)結(jié) 構(gòu)化的掩模層，
圖3:在蝕刻和去除具有平的蝕刻坡面的掩模后由玻璃襯底構(gòu)成的構(gòu)件的橫截面，
圖4:在蝕刻和去除具有幾乎垂直的蝕刻坡面的掩模后由玻璃襯 底構(gòu)成的構(gòu)件的橫截面，
圖5:在蝕刻和去除具有通孔的掩模后由玻璃襯底構(gòu)成的構(gòu)件的 橫截面，
圖6:由具有經(jīng)連結(jié)的(aufgebondetem)和經(jīng)結(jié)構(gòu)化的玻璃襯 底的硅晶片構(gòu)成的構(gòu)件，
圖7:由具有經(jīng)連結(jié)的和經(jīng)結(jié)構(gòu)化的玻璃襯底的硅晶片構(gòu)成的構(gòu) 件，且通過(guò)該玻璃襯底使得接觸導(dǎo)致施加在硅晶片上的金屬化過(guò)程，
圖8:在由玻璃襯底組成的構(gòu)件中經(jīng)蝕刻的傾斜的蝕刻側(cè)壁，通 過(guò)該蝕刻側(cè)壁金屬化過(guò)程可以借助于濺射工藝而進(jìn)行，
圖9:由玻璃襯底構(gòu)成的構(gòu)件，它的上側(cè)通過(guò)等離子體蝕刻而結(jié) 構(gòu)化和它的下側(cè)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)化而部分地變薄，
圖10:由玻璃襯底構(gòu)成的構(gòu)件，它的上側(cè)通過(guò)等離子體蝕刻而結(jié) 構(gòu)化和它的下側(cè)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)化而部分地變薄，由此在玻璃襯底中產(chǎn) 生通孔。
圖1示出的是在應(yīng)用高頻-等離子體源形式的第一能量源1. 1來(lái) 產(chǎn)生具有改變離子能量可能性的等離子體的情況下的、根據(jù)本發(fā)明的 裝置的原理示意圖，其中所述離子能量與襯底栽體2形式的容納器相 聯(lián)接。襯底載體2可借助于設(shè)置在襯底載體2上的加熱器3加熱，以 達(dá)到所需的襯底溫度。第一能量源1. 1和可加熱的襯底載體2在此設(shè) 置在真空室4中(或根據(jù)一個(gè)未圖示出的實(shí)施例設(shè)置在真空室附近)， 在該真空室4中在等離子體蝕刻過(guò)程中充斥著合適的氟—?dú)怏w混合物 的氣體氣氛。在真空室4中，借助于未圖示出的泵體系而保持所期望 的負(fù)壓。強(qiáng)制必需的是，使用第一能量源l.l來(lái)以電方式產(chǎn)生等離子 體，其也用來(lái)產(chǎn)生偏置電壓(影響離子能量)。
例如由玻璃襯底5. 1組成并且在它的第一待蝕刻的表面5a處具 有掩模7的待蝕刻的構(gòu)件5，根據(jù)圖1由襯底載體2容納，通過(guò)所述 襯底栽體2的加熱器3而產(chǎn)生所需的襯底溫度且其能夠負(fù)責(zé)構(gòu)成特定的電勢(shì)比例。
根據(jù)圖la，除了與襯底載體2聯(lián)接的第一能量源1.1之外，還使 用可不依賴(lài)于其控制的第二能量源1.2。在此，第二(上部的)能量 源1. 2負(fù)責(zé)位于真空室4內(nèi)的氣體的離解度，這樣釆用第二能量源1. 2 而可產(chǎn)生高密度的等離子體(高密度等離子體-HDP)。
上部的第二能量源1.2的能量輸入，如在圖la中所示出的那樣， 可以感應(yīng)的方式借助于線(xiàn)圏系統(tǒng)6進(jìn)行，但是也可借助于其他的未圖 示出的配置(ECR、微波、以磁場(chǎng)支持，VHF等)進(jìn)行。從而有利地產(chǎn) 生高密度的等離子體(HDP)。待蝕刻的構(gòu)件5 (如玻璃襯底5. 1)也 根據(jù)圖la所示地同樣位于合適的襯底載體2上，然而在此該襯底載 體2沒(méi)有設(shè)置加熱器。相應(yīng)于本發(fā)明對(duì)于玻璃的高速蝕刻所需的經(jīng)提 高的表面溫度，在此借助于加熱器3以輻射加熱器的形式而獲得，且 該輻射加熱器通過(guò)構(gòu)件5設(shè)置在真空室4中。根據(jù)未圖示出的實(shí)施例， 加熱器也可以整合在襯底載體中。
圖2示出了由玻璃襯底構(gòu)成的構(gòu)件5的橫截面，該構(gòu)件5在其第 一表面5a處用經(jīng)結(jié)構(gòu)化的掩模層/掩模7覆蓋。作為用于掩模7的材 料，已經(jīng)證實(shí)各種不同的金屬以及還有耐溫的有機(jī)材料(如聚酰胺和 環(huán)氧樹(shù)脂)是合適的。優(yōu)選地例如是薄的鋁層，且其特別地根據(jù)所期 望的蝕刻深度可為100mn至數(shù)jam——例如對(duì)于直至50lam的蝕刻深 度可以為1 Mm。其可以以簡(jiǎn)單的方式濕化學(xué)法地或借助于等離子體蝕 刻方法而結(jié)構(gòu)化。
以下的圖3、 4和5示出的是由以硼硅酸鹽玻璃的形式的玻璃襯 底5. 1構(gòu)成的構(gòu)件5的橫截面，該構(gòu)件5以不同的參數(shù)相應(yīng)于根據(jù)本 發(fā)明的方法由第一表面5a的方向出發(fā)而進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，且這在去除掩 模材料/掩模之后進(jìn)行。因此，當(dāng)采用400t:的襯底溫度，采用SF6 和CF4作為蝕刻氣體混合物，以35 Pa的工作壓力，從第一能量源 1.1 (等離子體源)輸入的40 W的功率和在第二能量源1.2 (用來(lái)產(chǎn) 生高密度等離子體的等離子體源)上輸入的IOOOW的功率而工作時(shí)， 從第一表面5a的方向出發(fā)在構(gòu)件5 (玻璃襯底5. 1)中得到具有根據(jù)圖3的具有平的蝕刻坡面8. 1的蝕刻型式8。在此，所獲得的硼硅酸 鹽玻璃(Borofloat)的蝕刻速率比迄今所能獲得的值都高，大約為 3700 nm/min。這樣所得到的且具有相對(duì)較平的蝕刻坡面8.1的蝕刻 型式8在當(dāng)垂直的蝕刻側(cè)壁干擾后續(xù)時(shí)，對(duì)例如以后的使用能夠具有 優(yōu)點(diǎn)。然而在以大的深度(如100jura)蝕刻時(shí)顯示出，蝕刻速率通 過(guò)在蝕刻基底處的不揮發(fā)反應(yīng)產(chǎn)物的積聚而漸漸地減小。
為了抵制這一點(diǎn)，可以用變化的離子能量實(shí)施蝕刻工藝。為此， 例如在每一分鐘之后調(diào)整交替改變的參數(shù)。在這個(gè)時(shí)間中采用1Pa的 工作壓力和采用借助于第一能量源1. l(第一等離子體源)輸入的300 W的功率工作。通過(guò)該具有顯著提高的離子能量的中間過(guò)程，而產(chǎn)生 在蝕刻型式8的蝕刻基底上的凈化效應(yīng)(賊射)，由此可去除不揮發(fā) 的反應(yīng)產(chǎn)物。已知地，它們隨后也會(huì)部分地沉積到結(jié)構(gòu)側(cè)壁上，在那 里它們能夠具有鈍化作用。若各向同性的蝕刻階段(Atzphase )對(duì)各 向異性的蝕刻階段的比例進(jìn)一步向著各向異性的蝕刻工藝的方向移 動(dòng)，方式是例如對(duì)于二個(gè)蝕刻階段的蝕刻時(shí)間為一分鐘，則能實(shí)現(xiàn)具 有幾乎垂直的蝕刻坡面8. 1的蝕刻型式8，如其在圖4中所示出的那 樣。若應(yīng)用足夠穩(wěn)定的掩才莫7，如6jam的鋁，那么也可以相應(yīng)于圖5 在構(gòu)件5的例如200jiim厚的玻璃襯底5. 1內(nèi)蝕刻出通孔9。隨后， 具有優(yōu)點(diǎn)的是，為了減少平面消耗，通過(guò)最佳經(jīng)控制的離子能量以及 相連的額外的側(cè)壁鈍化而獲得盡可能各向異性的蝕刻型式。在特殊的 參數(shù)時(shí)通過(guò)添加其他合適氣體而進(jìn)行這一 過(guò)程。這種效應(yīng)例如在混入 具有高碳份額的氣體，如CH4的情況下是可證實(shí)的，但是并非是與之 相聯(lián)系的。
在圖6中示出了另一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中構(gòu)件5由玻璃襯底 5.1構(gòu)成，該玻璃襯底5連結(jié)到硅晶片5.2上并從它的第一表面5a 的方向出發(fā)借助于通孔9而結(jié)構(gòu)化。當(dāng)在用玻璃村底5. 1所覆蓋的硅 晶片5.2上必須從上部接觸特定的接頭(Anschlttsse)時(shí)，這是令人 感興趣的。圖7示出了一種這樣的配置。在此示出了這種情況，在該 情況中在玻璃襯底5. 1上具有用于較大開(kāi)孔的足夠位置。于是可行的是，貫穿通過(guò)玻璃襯底5. 1 (通過(guò)該很大的開(kāi)孔/通孔9)到達(dá)存在在 硅晶片5. 2上的向外借助于導(dǎo)線(xiàn)連接(Drahtbonden) ll連接的電接 頭10。對(duì)于開(kāi)孔不可能構(gòu)造得足夠大或者或?qū)τ谄渌慕佑|方法需要 在玻璃襯底5. l上側(cè)5a上的金屬接觸面(緩沖(Bumping))的這種 情況，可以借助于第一金屬層12引出(gezogen)在玻璃襯底5. 1的 表面上的電接頭10。在此，如在圖8示意性地圖示出的那樣，通過(guò)采 用根據(jù)本發(fā)明的方法在玻璃襯底5. 1中蝕刻出的通孔9的平的蝕刻側(cè) 壁8. 1，有利地用低成本的'減射工藝施加上第一金屬層12。在玻璃襯 底5. l和硅晶片5. 2之間同樣可以設(shè)置第二金屬層12. 1，該金屬層 具有第一金屬層12所通向的接觸/接頭10。
在圖9中所示的是由玻璃襯底5. 1構(gòu)成的構(gòu)件5，它的第一表面 5a通過(guò)等離子體蝕刻而具有蝕刻型式8并且它的對(duì)置的第二表面5b 通過(guò)采用型式13的機(jī)械結(jié)構(gòu)化而部分地變薄。
圖10示出了類(lèi)似的實(shí)施變化方案，但是玻璃襯底5. 1從它的下 側(cè)(第二表面5b)出發(fā)如此程度地通過(guò)采用型式13的機(jī)械結(jié)構(gòu)化而 變薄，使得在構(gòu)件5的玻璃襯底5. 1中構(gòu)成通孔9。
釆用根據(jù)本發(fā)明的方案而首次使得，對(duì)基于氧化硅、特別是硅酸 鹽玻璃、玻璃陶瓷或石英的構(gòu)件通過(guò)等離子體蝕刻以高蝕刻速率進(jìn)行 結(jié)構(gòu)化成為可能。
可以對(duì)不同的玻璃種類(lèi)，如硅酸鹽玻璃或玻璃陶資進(jìn)行結(jié)構(gòu)化并 制備或加工基于此的構(gòu)件。
通過(guò)與由硅構(gòu)成的晶片的結(jié)合，可以首次地有效地制備結(jié)構(gòu)化了 的硅-玻璃-晶片復(fù)合體形式的電子/微電子的構(gòu)件。
同樣可行的是，對(duì)用于許多其他的技術(shù)應(yīng)用的玻璃陶瓷進(jìn)行結(jié)構(gòu) 化并因此摻入例如標(biāo)簽或標(biāo)識(shí)。
權(quán)利要求
1、用于在應(yīng)用基于氧化硅、特別是硅酸鹽玻璃、玻璃陶瓷或石英的材料的情況下對(duì)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的方法，其中，在構(gòu)件(5)的至少第一表面(5a)上通過(guò)等離子體蝕刻而部分地進(jìn)行材料的剝蝕和至少在待蝕刻的表面上在等離子體蝕刻過(guò)程中襯底溫度是可調(diào)節(jié)的，該溫度基本上是大于90℃，但是小于材料的軟化溫度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其特征在于，采用至少一個(gè)能量源 (1. 1， 1. 2 )在含氟的氣體混合物中進(jìn)行和至少在構(gòu)件(5 )的第一表面(5a)上施加上掩模(7)，其留出構(gòu)件(5)的材料的待剝蝕區(qū)域。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于， -采用高頻-或低頻-等離子體源形式的第一能量源(1.1)而產(chǎn)生具有改變離子能量的可能性的等離子體 和/或-采用第二能量源(1.2)而產(chǎn)生高密度的等離子體(高密度等離 子體-HDP)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l-3之一的方法，其特征在于，所述襯底溫度為10ox:-700x:。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述襯底溫度在300 'C和500匸之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l-5之一的方法，其特征在于，等離子蝕刻采 用恒定的或變化的離子能量進(jìn)行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于，在等離子體蝕刻過(guò)程 中高離子能量與經(jīng)減少的離子能量交替。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7的方法，其特征在于，離子能量在通過(guò) 形成不揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物而引起的氣體蝕刻速率下降時(shí)隨著蝕刻時(shí)間短 時(shí)間地提高，隨后又減小。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6-8之一的方法，其特征在于，在每個(gè)30秒至 90秒后交替地改變離子能量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l-9之一的方法，其特征在于，待產(chǎn)生的蝕 刻型式(8)是能夠依據(jù)離子能量和/或離子密度和/或氣體混合物的組 成和/或襯底溫度而調(diào)節(jié)的。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，蝕刻型式(8)是 能夠通過(guò)離子能量、離子密度和鈍化氣體作為一方對(duì)襯底溫度作為另 一方的比例而調(diào)節(jié)的。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于，蝕刻型式(8) 的蝕刻坡面(8.1)的陡度隨著提高的離子密度而增加。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10-12之一的方法，其特征在于，蝕刻坡面 (8.1)的陡度隨著氣體混合物中提高的氟含量而減小。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10-13之一的方法，其特征在于，蝕刻坡面 (8.1)的陡度隨著提高的溫度而減小。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1-14之一的方法，其特征在于，將由具有 阻抗能力的金屬構(gòu)成的掩模(7 )在蝕刻工藝之前至少施加于構(gòu)件(5 ) 的待蝕刻材料的笫一表面(5a)上。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述掩模(7 )由 鉻、鎳、鋁或它們的合金組成。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1-14之一的方法，其特征在于，將由耐溫 的有機(jī)材料構(gòu)成的掩模(7)在蝕刻工藝之前至少施加于構(gòu)件(5)的 待蝕刻材料的第一表面(5a)上。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，所述掩模(7)由 聚酰胺或環(huán)氧樹(shù)脂組成。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1-18之一的方法，其特征在于，等離子體 蝕刻在1-40Pa的工藝壓力和不超過(guò)300V的偏置電壓下進(jìn)行。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1-19之一的方法，其特征在于，隨著提高 的村底溫度，蝕刻速率增大。
21、 根據(jù)權(quán)利要求1-20之一的方法，其特征在于，在對(duì)置于 第一表面(5a)的第二表面(5b)上進(jìn)行構(gòu)件(5)的結(jié)構(gòu)化。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于，第二表面(5b)的結(jié)構(gòu)化通過(guò)等離體蝕刻、通過(guò)激光加工或通過(guò)機(jī)械加工而進(jìn)行。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21或22的方法，其特征在于，通過(guò)激光加 工和/或機(jī)械加工而進(jìn)行笫二表面(5b)的變薄和/或結(jié)構(gòu)化。
24、 根據(jù)權(quán)利要求22或23的方法，其特征在于，機(jī)械加工通 過(guò)拋光、噴砂或磨削而進(jìn)行。
25、 根據(jù)權(quán)利要求1-24之一的方法，其特征在于，將待結(jié)構(gòu) 化的基于氧化硅的材料施加到襯底上。
26、 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，將待結(jié)構(gòu)化的材 料施加到由珪構(gòu)成的襯底上。
27、 根據(jù)權(quán)利要求1-26之一的方法，其特征在于，用以進(jìn)行 晶片的結(jié)構(gòu)化。
28、 用于在應(yīng)用基于氧化硅、特別是硅酸鹽玻璃、玻璃陶資或 石英的材料的情況下結(jié)構(gòu)化構(gòu)件(5)的裝置，其中，在構(gòu)件(5)的 至少一個(gè)第一表面(5a)上通過(guò)等離子體蝕刻而部分地進(jìn)行材料的剝 蝕，其中，對(duì)所述裝置配置以加熱器(3)，用以至少在待蝕刻的表面 上產(chǎn)生大于9(TC，但是小于構(gòu)件(5)的材料的軟化溫度的襯底溫度。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28的裝置，其特征在于，其 -具有用來(lái)產(chǎn)生等離子體的至少一種能量源(1.1， 1.2)， -具有含氟的氣體混合物和-具有至少施加在構(gòu)件(5 )的第一表面(5a )上的掩模(7 ), 該掩模留出構(gòu)件(5)的材料的待剝蝕區(qū)域。
30、 根據(jù)權(quán)利要求28和29的裝置，其特征在于，其具有 -高頻-或低頻-等離子體源形式的第一能量源(1.1),用來(lái)產(chǎn)生具有改變離子能量的可能性的等離子體 和/或-第二能量源(1.2)，用來(lái)產(chǎn)生高密度的等離子體(高密度等離 子體-HDP)。
31、 根據(jù)權(quán)利要求28-30之一的裝置，其特征在于，采用加熱器 (3)可產(chǎn)生100匸-700匸的襯底溫度。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31的裝置，其特征在于，采用加熱器(3)可 調(diào)節(jié)襯底溫度在300'C和500t:之間。
33、 根據(jù)權(quán)利要求28-32之一的裝置，其特征在于，在蝕刻期間離子能量是可改變的。
34、 根據(jù)權(quán)利要求28-33之一的裝置，其特征在于，其具有用于 等離子體蝕刻的真空室(4)。
35、 根據(jù)權(quán)利要求34的裝置，其特征在于，在真空室(4)中設(shè) 置用于構(gòu)件(5)的容納器。
36、 根據(jù)權(quán)利要求28-35之一的裝置，其特征在于，所述加熱器 (4)與容納器聯(lián)接。
37、 根據(jù)權(quán)利要求28-36之一的裝置，其特征在于，所述加熱器 (3)整合到容納器中。
38、 根據(jù)權(quán)利要求28-36之一的裝置，其特征在于，所述加熱器 (3)設(shè)置在容納器上方和構(gòu)造為輻射加熱器的形式。
39、 根據(jù)權(quán)利要求28-38之一的裝置，其特征在于，所述容納器 是用來(lái)容納晶片的襯底載體(卡盤(pán))(2)。
40、 根據(jù)權(quán)利要求28-39之一的裝置，其特征在于，用來(lái)產(chǎn)生具 有離子能量變化可能性的等離子體的、高頻-或低頻-等離子體源的 第一能量源(1. 1 )與襯底載體(2 )聯(lián)接。
41、 根據(jù)權(quán)利要求28至36之一的裝置，其特征在于，用來(lái)產(chǎn)生 高密度等離子體的第二能量源U.2)是與線(xiàn)圏機(jī)構(gòu)/線(xiàn)圏系統(tǒng)(6)相 連接的高頻源。
42、 根據(jù)權(quán)利要求28-41之一的裝置，其特征在于，用來(lái)產(chǎn)生高 密度等離子體的第二能量源(1.2)具有〉2MHz的激發(fā)頻率。
43、 根據(jù)權(quán)利要求28-42之一的裝置，其特征在于，所述第一能 量源(1. 1 )具有10kHz-27MHz的激發(fā)頻率。
44、 根據(jù)權(quán)利要求28-43之一的裝置，其特征在于，所述第二能 量源(1.2)是微波源。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在應(yīng)用基于氧化硅、特別是硅酸鹽玻璃、玻璃陶瓷或石英地材料的情況下對(duì)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的方法和裝置，其中，根據(jù)本方法在構(gòu)件的至少一個(gè)第一表面處通過(guò)等離子體蝕刻而部分地進(jìn)行材料的剝蝕和至少在待蝕刻表面處在等離子體蝕刻期間襯底溫度是可調(diào)節(jié)的，該溫度基本上大于90℃，但是小于材料的軟化溫度。所述裝置還設(shè)置有用來(lái)產(chǎn)生襯底溫度的加熱器。
文檔編號(hào)C03C15/00GK101528624SQ200780040295
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者A·博茲, L·科勒, R·舒伯特, R·芬德勒, T·吉斯內(nèi), T·沃納, W·漢特舒 申請(qǐng)人:Fhr設(shè)備制造有限公司