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    • 专利摘要:
    Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Prägeverfahren zum Herstelleneines Wandlers, insbesondere eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers.Das erfindungsgemäße Verfahrenverwendet eine Form mit einer geteilten bzw. gemusterten Oberfläche, welchein ein flexibles Material geprägtwird, so dass Hohlräumeals Schwingungsmessaufnehmer des Ultraschall-Wandlers gebildet werden.Derartige Prägeverfahrenkönnennicht nur das Herstellungsvolumen, sondern auch die Herstellungskostenreduzieren, so dass eine präziseAnsteuerung der geometrischen Abmessungen der Schwingungsmessaufnehmermöglichist, und somit der Abstand zwischen den oberen und den unteren Elektroden etwaauf den Mikro-/Nanobereich verkürztwird. Ferner wird die Sensibilitätder Wandler erhöht.Darüberhinaus kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Veränderungdes bekannten Herstellungsverfahrens von mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlernderart verbessert werden, dass sowohl Verfahrensschritte eingespartwerden können unddes Weiteren Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden.
    公开号:DE102004006156A1
    申请号:DE200410006156
    申请日:2004-02-07
    公开日:2005-06-02
    发明作者:Ming-Wei Chutung Chang；Chen-Hong Chutung Ho；Chin-Chung Chutung Nien
    申请人:Industrial Technology Research Institute ITRI；
    IPC主号:B81B3-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstelleneines Wandlers, insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen einesmikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers.
    [0002] DieTechnologie der Ultraschalluntersuchung hat sich seit dem II. Weltkriegentwickelt. Zu Beginn wurde diese Technologie für die nationale Verteidigungund fürmilitärischeBereiche genutzt. Seit den fünfzigerJahren wird die Ultraschalluntersuchung bzw. die Ultraschallanwendungauch weitläufigbei medizinischen Behandlungen verwendet. Im Bereich der Ultraschalluntersuchungspielt der Ultraschall-Wandler bzw. -Messaufnehmer eine wichtige Rolle,so dass die Industrie, die Regierungen bzw. die Wissenschaft insbesonderediesen Bereich in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt haben,so dass diese Technologien immer weiter entwickelt worden sind.Unter sämtlichenUltraschall-Wandlern wurde füreine lange Zeit der piezoelektrische Wandler als der vorrangigsteangesehen.
    [0003] Dersogenannte piezoelektrische Effekt umfasst sowohl den direkten piezoelektrischenEffekt und den Umkehr-Piezoeffekt. Unter dem direkten piezoelektrischenEffekt versteht man, wenn ein piezoelektrischer Körper entlangder Richtung des elektrischen Feldes gemäß des länglichen elektrischen Dipolmomentsbewegt wird, so dass mechanische Energie in elektrische Energieumgewandelt wird. Auf der anderen Seite versteht man unter dem Umkehr-Piezoeffekt,wenn der piezoelektrische Körper zusammengepresstwird, so dass das elektrische Dipolmoment dadurch verkürzt wird.Um dieser Tendenz zu widerstehen, wird bei dem piezoelektrischen Körper eineSpannung induziert, um den Originalzustand zu halten. Dadurch wandeltder piezoelektrische Wandler die elektrischen Signale in Ultraschallsignaleum und kann also die Ultraschallsignale in elektrische Signale umwandeln,so dass er in der Lage ist, eine Ultraschalluntersuchung an einerProbe durchzuführen.Im Allgemeinen kann der piezoelektrische Körper als Werkstoff Keramik,wie z.B. BaTiO3 und PZT, und einen Einfachkristallwerkstoff aufweisen,wie z.B. Quarz, Turmalin, Tantalat oder Columbat. Jedoch weist derpiezoelektrische Wandler Nachteile auf. Beispielsweise sind dieKosten für derartigepiezoelektrische Wandler sehr hoch und die Schwingungen des Kristallgitterswerden leicht bezüglichder Bandbreite und des Schalldruckes verringert. Darüber hinaussind die Unterschiede zwischen der Impedanz des piezoelektrischenMaterials und der Impedanz der Luft so groß, dass das unübertroffenePhänomenverursacht wird, welcher in großer Reflektionder Ultraschallsignale an der Kontaktoberfläche resultiert und die Untersuchungseffizienzverringert. Zudem kann der piezoelektrische Wandler kaum für die präzise Untersuchungim Nanobereich eingesetzt werden, da Begrenzungen hinsichtlich der Auflösung undder Bandbreite gegeben sind.
    [0004] Anstattdes piezoelektrischen Wandlers wird deshalb der mikrokapazitiveUltraschall-Wandler bei der Ultraschall-Wandler-Entwicklung immer mehr berücksichtigt.Entsprechende Patente wurden schrittweise in letzter Zeit angemeldet,wie z.B. die U.S. Patentschriften Nr. 6,426,582, Nr. 6,004,832 undNr. 6,295,247 usw. Gemäß 1 wird der strukturelle Aufbaudes mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers gezeigt. Eine Vielzahlvon Haltesockeln 12 sind auf einem Substrat 11 ausgebildetund der Schwingungsfilm 13 mit einer oberen Elektrode 14 istauf den Haltesockeln 12 vorgesehen. Das Substrat 14 ist do tiertmit Fremdatomen, um eine Leitfähigkeitzu realisieren, welche verwendet wird, um mit der unteren Elektrodeund der oberen Elektrode 14 eine Kapazitätsstrukturzu bilden. Der Schwingungsaufnehmer 15 umfasst das Substrat 11,die Haltesockel 12 und den Schwingungsfilm 13,wobei der Schwingungsaufnehmer 15 verwendet wird, um denAbstand der Schwingungen aufzunehmen, wenn der Oszillationsfilm 13 vertikalschwingt. Derartige mikrokapazitive Ultraschall-Wandler weisen diefolgenden Vorteile auf: (1) großeBandbreite; (2) einfache Ausbildung hoher Strahlungsdichte; (3)einfache Integration mit den Eingangsschaltkreisen der gleichen Halbleiterscheibe;und (4) massenproduktionsfähig, sodass die Herstellungskosten reduziert werden.
    [0005] Daswichtigste Kennzeichen der mikrokapazitiven Ultraschall-Wandler ist tatsächlich dieAusgestaltung des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsfilms,so dass die geometrischen Parameter des Schwingungsaufnehmers unddes Schwingungsfilms entscheidend sind, wobei der Radius und dieDicke des Schwingungsfilms und der Abstand zwischen der oberen Elektrodeund der unteren Elektrode strikt mit der Effizienz des Ultraschall-Wandlersverbunden sind. Somit ist es sehr wichtig, all diese geometrischenParameter konstant und möglichstgleichmäßig beidem Herstellungsverfahren zu halten. Gemäß den 2A bis 2C werden schematischeAnsichten bekannter Herstellungsverfahren der mikrokapazitiven Ultraschallwandlergemäß des Standesder Technik gezeigt. Zuerst wird ein Substrat 51 vorgesehenund dann ein Haltefilm 22, ein Schwingungsfilm 23 undeine leitende Schicht 24 erfolgreich auf dem Substrat 21 ausgebildet.Eine Vielzahl von Löchern 25,welche den Schwingungsfilm 23 und die leitende Schicht 24 durchdringen, werdendurch ein photolithographisches Verfahren oder durch Ätzen erzeugt.Schließlichkann der Trägerfilm 22 durchdie Vielzahl der Löcher 25 geätzt werden,um eine Vielzahl von Schwingungsaufnehmern 221 darauf zubilden. Da die Art, wie die Ätzrate aufdem Trägerfilm 22 unddem Schwingungsfilm 23 unterschiedlich ist, wird die Ätzlösung, welchevorzugsweise eher den Trägerfilm 22 alsden Schwingungsfilm 23 ätzt,verwendet, um eine Vielzahl von Schwingungsaufnehmern 221 auszubilden,so dass der komplette Ultraschall-Wandler fertiggestellt ist. DieForm der Schwingungsaufnehmer 221 ist etwa die Form einesZylinders, welcher sich von dem Zentrum der Löcher 25 erstreckt.Derartige Verfahren sind jedoch kaum zu verwenden, um die präzise Formder Schwingungsaufnehmer zu steuern, und die bekannten Verfahrenkönnenauch keinen Kontrollmechanismus realisieren. Dies ist nur abhängig vonExperimenten, so dass viele Vibrationen bei dem Verfahren, wie z.B.das Variieren der Konzentration der Ätzlösung, sehr schnell die Variationder geometrischen Abmessungen der Schwingungsaufnehmer 221 verursacht,so dass ferner der Charakter aller Wandler beeinflusst wird.
    [0006] Desweiteren werden die Schwingungsaufnehmer 221 durch dieVielzahl der Löcher 25,welche als Eintritt fürdie Ätzlösung undals Austritt der Ätzlösung vorgesehensind, durch Zusatzstoffe leicht kontaminiert, indem an der Wandder Aufnehmer Reste zurückbleiben,so dass der Charakter der Wandler beeinflusst wird.
    [0007] Somitliegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahrenvorzuschlagen, welches einerseits die aus dem Stand der Technik bekanntenNachteile vermeidet, und zudem den Charakter der Ultraschall-Wandlerweiterverbessert.
    [0008] DieseAufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. WeitereVorteile und Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
    [0009] Demnachwird durch die vorliegende Erfindung ein Prägeverfahren zum Herstelleneines Ultraschall-Wandlers, insbesondere eines mikrokapazitivenUltraschall-Wandlers, vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahrenarbeitet mit einer zumindest teilweise gemusterten bzw. strukturiertenForm, um die Schwingungsaufnehmer des mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers auszubilden,so dass die Ziele erreicht werden, eine Massenproduktion, eine gleichmäßige Steuerungund eine Kostenreduktion zu erhalten.
    [0010] Eineweitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung siehtvor, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahreneine präziseSteuerung der Abmessungen der Schwingungsaufnehmer des mikrokapazitivenUltraschall-Wandlers ermöglicht wird.Ferner soll der Abstand zwischen den oberen und den unteren Elektrodenreduziert werden, infolgedessen die Sensibilität des Ultraschall-Wandlers erhöht wird.
    [0011] EinenächsteWeiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass dasPrägeverfahren zumHerstellen des mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers derart durchgeführt wird,dass die Reinheit der Schwingungsaufnehmer verbessert wird, ohneEintrittslöcherzu erzeugen, so dass, wie bei dem bekannten Verfahren durch dieEintrittslöcher Ätzflüssigkeiteintritt und Nebenprodukte austreten.
    [0012] Umdie vorgenannten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zu erreichen,wird ein Prägeverfahrenzum Herstellen eines Ultraschall-Wandlers mit den folgenden Verfahrensschrittenvorgeschlagen: a) Vorsehen eines Substratsmit elektrischer Leitfähigkeit; b) Bilden einer Trägerschichtauf dem Substrat; c) Vorsehen einer Form mit einer strukturierten bzw. gemustertenOberfläche,wobei die strukturierte Oberfläche einStrahlenmuster mit Vorsprüngenund Ausnehmungen aufweist; d) Einprägender Form in die Trägerfilmschichtmit der strukturierten Oberfläche,so dass das Strahlenmuster in die Trägerfilmschicht übertragen wird; e) Entfernen der Form, wobei eine Vielzahl von Ausnehmungenentsprechend dem Strahlenmuster in der Trägerfilmschicht gebildet werden; f) Vorsehen eines Polymerfilms, wobei der Polymerfilm eine Vorderseiteund eine Rückseiteaufweist; g) Bilden einer Vielzahl von oberen Elektroden, korrespondierendmit den Ausnehmungen, und einer Vielzahl von Leitungen zwischenden beiden angrenzenden oberen Elektroden auf dem Polymerfilm; h) Ankleben der Rückseitedes Polymerfilms auf die Trägerfilmschicht,um die Ausnehmungen abzudichten und eine Vielzahl von Hohlräumen als Messaufnehmerzu bilden, so dass eine Vielzahl von Ultraschall-Wandler gebildetwerden.
    [0013] Umdie vorgenannten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zu realisieren,kann auch ein anderes Verfahren vorgesehen sein, welches folgendeVerfahrensschritte umfasst: a) Vorsehen einesSubstrats mit elektrischer Leitfähigkeit; b) Bilden einer Trägerfilmschichtauf dem Substrat; c) Vorsehen einer zylindrischen Form mit einer strukturiertenbzw. gemusterten äußeren Oberfläche, wobeidie gemusterte äußere Oberfläche ein Strahlenmustermit Vorsprüngenund Ausnehmungen aufweist; d) Rotieren der zylindrischen Form über der Trägerfilmschicht, so dass dasStrahlenmuster in die Trägerfilmschicht übertragenwird, und Ausbilden einer Vielzahl von Ausnehmungen; e) Vorsehen eines Polymerfilms, wobei der Polymerfilm eine Vorderseiteund eine Rückseiteaufweist; f) Bilden einer Vielzahl von oberen Elektroden, korrespondierendmit den Ausnehmungen auf dem Polymerfilm, und einer Vielzahl vonLeitungen zwischen zwei benachbarten oberen Elektroden; g) Ankleben der Rückseiteauf dem Polymerfilm auf der Trägerfilmschicht,um die Ausnehmungen abzudichten und einer Vielzahl von Wandlernzu erhalten, so dass eine Vielzahl von Ultraschall-Wandlern gebildetwerden.
    [0014] Nachfolgendwird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Eszeigen:
    [0015] 1 eineschematische Ansicht der Basisstruktur eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers;
    [0016] 2A bis 2C schematischeAnsichten eines Verfahrens zum Herstellen eines mikrokapazitivenUltraschall-Wandlersgemäß des Standesder Technik;
    [0017] 3A bis 3E schematischeAnsichten eines Nanopräge-Lithographie-Verfahrensbei der Halbleiterherstellung;
    [0018] 4A bis 4G schematischeAnsichten einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
    [0019] 4H eineDraufsicht auf einen mikrokapazitiven Ultraschall-Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0020] 5A bis 5G schematischeAnsichten einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
    [0021] Korrespondierendzu den Zeichnungen werden bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindungpräsentiertund zeigen den Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens gegenüber demStand der Technik.
    [0022] DieNanopräge-Lithographiehat sich seit 1996 entwickelt, als Dr. Stephen Y. Chou die entsprechendenSchriften veröffentlichthat. Die lithographische Prägungim Nanobereich (Nanoprägung)unterscheidet sich sehr von den traditionellen lithographischenVerfahren bei der Halbleiterherstellung; denn dort werden keineEnergiestrahlen verwendet, so dass die Auflösung bei der lithographischenNanoprägungnicht durch das Phänomender Prägung, Streuungund Interferenz beeinflusst wird, wenn die optischen Wellen in diePhotoschicht eindringen und durch den Effekt der Streuung der vondem Substrat der von dem Substrat zurückkehrenden Strahlen. DiesesVerfahren wurde in den frühensiebziger Jahren offenbart und die darauf bezogenen Entwicklungensind Teile der nachfolgend genannten Patente, wie z.B. die U.S.Patentschriften Nr. 4,035,226, Nr. 5,259,926, Nr. 5,772,905 undNr. 6,375,870.
    [0023] Entsprechendder 3A bis 3E werdenschematische Ansichten der lithographischen Nanopräge-Technologiegezeigt, welche bei dem Halbleiterherstellungsprozess eingesetztwerden. Zunächstwird eine Isolationsschicht 32 und eine flexible Filmschicht 33 vorgesehen,welche im Zustand der Plastizitäterfolgreich auf einem Substrat 31 gebildet werden. Danachwird eine Form 34 mit Vorsprüngen und Ausnehmungsmusternauf der Oberfläche desSubstrats gebildet, indem diese in die flexible Filmschicht 33 gepresstwird, so dass das Muster auf die flexible Filmschicht 33 übertragenwird. Bei dem Präge verfahrenwird die strukturierte Oberflächeder vorspringenden Abschnitte nicht direkt die Isolationsschicht 32 berühren, sodass ein relativ dünnerBereich 331 überder Isolationsschicht 32 gebildet wird, und ein Hoch-Tief-Musterkorrespondierend mit dem Muster auf der Formoberfläche erzeugtwird. Danach wird der relativ dünneBereich 331 durch ein Ätzverfahrenentfernt, um einen Teil eines Isolationsabschnittes 321 unterdem dünnenBereicht 331 zu enthüllen.Schließlichkann der Teil des Isolationsabschnittes 321 und der flexiblenFilmschicht 33 entfernt werden und danach die verbleibendenAbschnitte der Isolationsfilmschicht 33, welche mit dem Formoberflächenmusterkorrespondieren, verwendet werden, so dass dies als Maske für die folgenden Schrittebei der Halbleiterherstellung, wie z. B. der Ionenimplantation,verwendet werden.
    [0024] Offensichtlichkann die bei dem Halbleiterherstellungsverfahren verwendete lithographische Nanoprägung eineVielzahl von Verfahrensschritten einsparen. Ferner kann die Verwendungder Form nicht nur das Herstellungsverfahren beschleunigen, sondernauch hohe Kosten fürdie Maskenherstellung bzw. Formherstellung und Wartung der Form einsparen.Außerdemsind die Strahlenmuster bei dem Prägeverfahren so praktikabel,dass die lithographische Nanopräge-Technologieverwendet werden kann, um Ultraschall-Wandler herzustellen, wobeisich viele Vorteile bei der lithographischen Nanopräge-Technologieergeben: 1) Massenherstellung. 2) Geringe Kosten. 3) Auswahlmöglichkeitenbei dem Polymerwerkstoff, welcher für die Oszillationsschicht unddie Oszillationsaufnehmer verwendet wird, wie z.B. biokompatibleWerkstoffe, welche bei mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlern einge setztwerden, welche in der Biomedizintechnik in vorteilhafter Weise zumEinsatz kommen können. 4) Verringerung der Höheder Schwingungsaufnehmer und gute Kontrolle und gleichmäßige Steuerung,so dass die Sensibilitätdes Ultraschall-Wandlers verbessert wird. 5) Verwenden von Polymermaterialien anstatt von Silicon beiden Wandlern, so dass der Effekt von Lamb-Wellen vermindert wird. 6) Vereinigung der Materialien der Oszillationsfilmschicht undder Oszillationsaufnehmer, welche bei dem bekannten Verfahren unterschiedlich sind,und somit unterschiedliche Expansionskoeffizienten aufweisen, sodass das Problem der Stabilitätder Wandler gelöstwird. 7) PräzisesSteuern der Größe bzw.der Abmessungen der Ultraschall-Wandler im Mikro- oder auch im Nanobereich,so dass die Effizienz der Wandler gesteigert wird, und dadurch dieAnwendungsmöglichkeitenvergrößert werden.
    [0025] Gemäß den 4A bis 4G sindschematische Ansichten einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindunggezeigt. Wie in den Figuren dargestellt, weist das Substrat 41 dotierteFremdatome füreine elektrisch leitende Schicht auf, welche als die untere Elektrodedes Ultraschall-Wandlers vorgesehen ist. Bei der bevorzugten Ausführung zurVerstärkungder unteren Elektrode könneneine Vielzahl von leitenden Platten auf dem Substrat 41 vorgesehen sein,wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Platten eine Verbindungsleitungvorgesehen ist. Ferner ist eine Trägerfilmschicht 42 aufdem Substrat 41 gebildet. Um die Nanopräge-Technologie anzuwenden,ist das Material der Trägerfilmschicht 42 einflexibles Polymer, wie z.B. PMMA. Um die Sensibilität des Ultraschall-Wandlerszu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die Wand der Schwingungsmessaufnehmerdes Wandlers in der Trägerfilmschicht 42 so dünn wie möglich ist.Des weiteren wird eine Form 51 mit einer gemusterten Oberfläche 511 vorgesehen, wobeidie gemus terte Oberfläche 511 einStrahlemuster 512 mit Vorsprüngen und Ausnehmungen ist. Durchdie Verwendung eines Antriebsapparates kann die Form 51 indie Trägerfilmschicht 42 mitder strukturierten Oberfläche 511 eingeprägt werden,so dass das Strahlenmuster 512 auf die Trägerfilmschicht 42 übertragenwird. Nach Entfernen der Form 51 sind eine Vielzahl vonAusnehmungen 421 korrespondierend mit dem Strahlenmuster 512 aufder Trägerfilmschicht 42 gebildet.Bei dem Prägeverfahrenwerden die Vorsprüngeder strukturierten Oberflächenicht direkt die Oberflächedes Substrats 41 berühren.Mit anderen Worten gesagt, werden die jeweiligen Böden dergebildeten Ausnehmungen 421 durch die Form 51 nichtdas Substrat 41 berühren,so dass verbleibende, relativ dünneAbschnitte oberhalb des Substrats 51 verbleiben. Die relativdünnenAbschnitte werden durch die Verwendung eines Ätzverfahrens entfernt, um dasSubstrat 41 an den Ausnehmungsböden zu enthüllen. Das derartige Verfahren kannverhindern, dass die Form von der Oberfläche und der Substratoberfläche beschädigt wird.Es ist denkbar, dass das Prägeverfahrendurch Heißpressen,durch Laserprägung,Nanoprägungoder anderen Technologien ermöglichtwird, welche den Prägeeffekterzeugen können.
    [0026] Darüber hinausist ein Polymerfilm 43 an einer Plattform vorgesehen, wobeieine Vielzahl von verteilt angeordneten oberen Elektrodenplatten 441 aufdem Polymerfilm 43 gebildet werden. Die obere Elektrodenplatte 441 wirdals obere Elektrode des kapazitiven Ultraschall-Wandlers verwendet,wobei zwischen zwei angrenzenden oberen Elektrodenplatten eine Verbindungsleitungvorgesehen ist. Schließlich istder Polymerfilm 43 mit den oberen Elektrodenplatten 441 aufder Trägerfilmschicht 42 angeklebt,so dass die Ausnehmungen 441 abgedichtet sind, und somiteine Vielzahl von abgeschlossenen Messaufnehmer 422 gebildetwerden. Die verwendeten Materialien der Polymerfilmschicht 43 undder Trägerfilmschicht 42 können diegleichen sein, welches das Problem der unterschiedlichen Expansionskoeffizientenverhindern kann, woraus eine Stabilität der Ultraschall-Wandler resultiert.Auf den geschlossenen Messaufnehmern 422 ist der Polymerfilm 43 undauf dem Polymerfilm 43 sind eine Vielzahl von oberen Elektrodenplatten 441,wobei die oberen Elektrodenplatten jeweils mit den geschlossenenMessaufnehmern 422 korrespondieren. Gemäß 4H wirdeine Draufsicht auf den mikrokapazitiven Ultraschall-Wandler gemäß der vorliegendenErfindung gezeigt. Die obere Elektrodenplatte 441 ist jeweilsim zentralen Bereich der korrespondierenden geschlossenen Messaufnehmer 422 angeordnet,wobei der geschnittene Abschnitt der oberen Elektrodenplatte 441 über 60%–70% etwades gesamten geschlossenen Messaufnehmers 422 bildet. Desweiteren sind jeweils zwei benachbarte Elektrodenplatten mit einer Verbindungsleitungverbunden.
    [0027] Darüber hinauskann die Ausgestaltung der vorgenannten oberen Elektrodenplatten 441 imRahmen des Halbleiterherstellungsprozesses folgende Verfahrensschritteumfassen: 1) Bilden einer konduktiven Schicht 44 aufeinem Polymerfilm 43, danach Beschichten der konduktivenSchicht 44 mit einem photoresistenten Film. 2) Benutzen der photolithographischen Technologie, um eine photoresistenteSchicht auf dem photoresistenten Film zu bilden. 3) Ätzender konduktiven Schicht 44, um die oberen Elektrodenplatten 441 zubilden, welche mit der photoresistenten Schicht bzw. Maske korrespondieren.
    [0028] DerartigeVerfahren arbeiten mit Materialien der konduktiven Schicht 44 alsmagnetische Schicht bzw. Film, wie z.B. Metallfilme oder Polyzide.Wenn jedoch das Material der konduktiven Schicht 44 bzw. derLeitungsschicht 44 ein flexibles Material ist, kann dieNanoprägetechnologieebenso in der Formation der oberen Elektrodenplatten 441 folgendeVerfahrensschritte umfassen: 1') Bilden einer konduktivenSchicht 44 auf dem Polymerfilm 43; 2') Vorseheneiner zweiten Form mit einer strukturierten Oberfläche, wobeidie strukturierte Oberflächeein zweites Strahlenmuster mit Vorsprüngen und Ausnehmungen aufweist; 3') 'Einprägen derzweiten Form in die konduktive Schicht 44, so dass daszweite Strahlenmuster auf die Oberfläche der konduktiven Schicht 44 übertragenwird; 4') Entfernender zweiten Form, wobei eine Vielzahl von oberen Elektrodenplatten 441 aufdem Polymerfilm 43 gebildet werden.
    [0029] Gemäß den 5A bis 5G sindschematische Ansichten des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispielsder vorliegenden Erfindung gezeigt. Zunächst wird das Substrat 61 mitFremdatomen dotiert, um als untere Elektrode des Ultraschall-Wandlerseine elektrische Leitfähigkeitaufzuweisen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die untereElektrode verstärkt,wobei eine Vielzahl von konduktiven Platten auf dem Substrat 61 gebildetwerden können,wobei jeweils benachbarte Platten mit einer Leitung verbunden sind.Eine Trägerfilmschicht 62 istauf dem Substrat 61 gebildet. Um die Nanopräge-Technologie anzuwenden,ist das Material der Trägerfilmschicht 62 einflexibles Polymer, wie z.B. PMMA oder dergleichen. Eine zylindrischeForm 71 mit einem Strahlenmuster 712 auf der äußeren Oberfläche istvorgesehen, um überdie Trägerfilmschicht 62 gerolltzu werden, so dass eine Vielzahl von geteilten Ausnehmungen 621 aufder Trägerfilmschicht 62 gebildetwerden. In ähnlicher Weisewird das Rollverfahren mit der zylindrischen Form 71 durchgeführt, wobeidie Vorsprüngeder äußeren Oberfläche derForm nicht die Oberfläche des Substrates 61 berühren. Mitanderen Worten gesagt, werden die durch die Form 71 gebildetenBöden der Ausnehmungen 621 nichtdas Substrat 61 berühren, sodass ein relativ dünnerBereich überdem Substrat 61 verbleibt. Als nächstes wird der relativ dünne Bereichdurch Ätzenentfernt, so dass Abschnitte des Substrates 61 enthüllt bzw.freigesetzt werden.
    [0030] Alsnächsteswird ein Polymerfilm 63 auf der Plattform vorgesehen, wobeieine Vielzahl von geteilt angeordneten oberen Elektrodenplatten 641 aufdem Polymerfilm 63 gebildet werden. Die obere Elektrodenplatte 641 wirdals obere Elektrode des kapazitiven Ultraschall-Wandlers verwendet,wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Elektrodenplatten eine Verbindungsleitungvorgesehen ist. Schließlichwird der Polymerfilm 63 mit den oberen Elektrodenplatten 641 aufdie Trägerfilmschicht 62 aufgeklebt,so dass die Ausnehmungen 621 abgedichtet werden und eineVielzahl von geschlossenen Hohlräumeals Messaufnehmer 622 gebildet werden. Auf diese Weisewird auf den geschlossenen Messaufnehmern 622 ein Polymerfilm 63 vorgesehen,wobei auf dem Polymerfilm 63 wiederum die Vielzahl deroberen Elektrodenplatten 641 sind, welche mit den geschlossenenMessaufnehmern 622 korrespondieren. Die oberen Elektrodenplatten 641 sindjeweils auf dem zentralen Abschnitt der korrespondierenden geschlossenenMessaufnehmern 622 angeordnet, wobei der diagonale Abschnittder oberen Elektrodenplatte 641 etwa 60%–70% desgeschlossenen Messaufnehmers 622 ist. Zwischen zwei benachbarten Elektrodenplattenist wiederum eine Verbindungsleitung vorgesehen.
    [0031] Zusätzlich,wie bei dem ersten Ausführungsbeispielder vorliegenden Erfindung beschrieben, kann die Ausgestaltung deroberen Elektrodenplatten 641 dem traditionellen Halbleiterherstellungsprozess entsprechen,wenn das Material des konduktiven Films ein Magnetfilm ist, wiez. B. ein Metallfilm oder Polyzid. Jedoch, wenn das Material deskonduktiven Films ein flexibles Material ist, kann das Prägeverfahrenverwendet werden, wie z.B. ein Heißformen, ein Laserprägen, einNanoprägenoder ein sonstiges Druck- oder Prägeverfahren, wie sie bei denvorgenannten Ausgestaltungen beschrieben worden sind. Es sind jedochauch andere Technologien anwendbar, welche einen ähnlichenPrägeeffekterzeugen können.
    [0032] Desweiteren kann die Formation der oberen Elektrodenplatten sowohlbei dem ersten als auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach dem Aufklebendes Polymerfilms auf der Trägerfilmschicht durchgeführt werden.Mit anderen Worten gesagt, nach dem Bilden einer Vielzahl von Ausnehmungen inder Transportfilmschicht auf dem Substrat kann die Polymerschichtauf die Trägerfilmschichtvorher aufgeklebt werden, so dass die Vielzahl der Ausnehmungenabgedichtet werden, wodurch eine Vielzahl von geschlossenen Messaufnehmernbzw. Hohlräumefür denmikrokapazitiven Ultraschall-Wandler gebildet werden. Schließlich kanneine Vielzahl von den oberen Elektrodenplatten, welche mit den geschlossenenMessaufnehmern korrespondieren, auf dem Polymerfilm gebildet werden,so dass eine Vielzahl von mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlerngebildet werden.
    [0033] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Prägeverfahren zum Herstelleneines Wandlers, insbesondere eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers.Das erfindungsgemäße Verfahren verwendeteine Form mit einer geteilten bzw. gemusterten Oberfläche, welchein ein flexibles Material geprägtwird, so dass Hohlräumeals Schwingungsmessaufnehmer des Ultraschall-Wandlers gebildet werden. DerartigePrägeverfahrenkönnennicht nur das Herstellungsvolumen, sondern auch die Herstellungskostenreduzieren, so dass eine präziseAnsteuerung der geometrischen Abmessungen der Schwingungsmessaufnehmermöglichist, und somit der Abstand zwischen den oberen und den unteren Elektrodenetwa auf den Mikro-/Nanobereich verkürzt wird. Ferner wird die Sensibilität der Wandlererhöht.Darüberhinaus kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Veränderungdes bekannten Herstellungsverfahrens von mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlernderart verbessert werden, dass sowohl Verfahrensschritte eingespartwerden können unddes weiteren Nachteile aus dem Stand der Technik vermieden werden.
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] Prägeverfahrenzum Herstellen eines Wandlers, insbesondere eines mikrokapazitivenWandlers, mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Vorseheneines Substrats (41, 61) mit einer elektrischenLeitfähigkeit; b)Bilden einer Trägerfilmschicht(42, 62) auf dem Substrat (41, 61); c) Bilden einer Vielzahl von Ausnehmungen (421, 621)in der Trägerfilmschicht(421, 621) durch ein Prägeverfahren; d) Vorseheneines Polymerfilms (43, 63), wobei der Polymerfilm(43, 63) eine Vorderseite und eine Rückseiteaufweist; e) Bilden einer Vielzahl von oberen Elektroden, welchestrahlenförmigauf dem Polymerfilm (43, 63) ausgebildet sind,und einer Vielzahl von Verbindungsleitungen zwischen jeweils zweiangrenzenden oberen Elektroden; f) Ankleben der Rückseitedes Polymerfilms (43, 63) auf der Trägerfilmschicht(42, 62), um die Ausnehmungen (421, 621)abzudichten, so dass eine Vielzahl von Hohlräumen (422, 622)gebildet werden, welche mit den Elektroden korrespondieren und somiteine Vielzahl von Ultraschall-Wandlernbilden.
    [2] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers, insbesonderenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritta) ein weiterer Verfahrensschritt a1) folgt: a1) Bilden einerVielzahl von unteren Elektrodenplatten (441, 641)und einer Vielzahl von Verbindungsleitungen zwischen jeweils zweiangrenzenden unteren Elektrodenplatten (441, 641)auf dem Substrat (41, 61).
    [3] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nachAnspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildungder Ausnehmungen (421, 621) in der Trägerfilmschicht(42, 62) bei dem Verfahrensschritt c) folgendeVerfahrensschritte umfasst: (i) Vorsehen einer Form (51, 71)mit einer gemusterten Oberfläche(512, 712) mit einem Strahlenmuster mit Vorsprüngen undAusnehmungen, welche in einer bestimmten Anordnung zueinander angeordnet werden; (ii)Einprägender Form (51, 71) in die Trägerfilmschicht (42, 62)mit der gemusterten Oberfläche(511, 711), so dass das Strahlenmuster in dieTrägerfilmschicht(42, 62) übertragenwird, und Einprägender Vorsprungsabschnitte der gemusterten Oberfläche (511, 711),wobei die Oberflächedes Substrates (41, 61) nicht von der gemustertenOberfläche(511, 711) berührtwird, so dass einn relativ dünnerBereich oberhalb des Substrates (41, 61) verbleibt; (iii)Entfernen der Form (51, 71), wobei eine Vielzahl vonAusnehmungen entsprechend dem Strahlenmuster in der Trägerfilmschicht(42, 62) gebildet werden; und (iv) Ätzen undEntfernen des relativ dünnenBereiches zum Enthüllendes Substrates (51, 61) im Bereich der Böden derAusnehmungen (421, 621).
    [4] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Ausgestaltung der Ausnehmungen (421, 621)in der Trägerfilmschicht(42, 62) bei dem Verfahrensschritt c) folgendeVerfahrensschritte umfasst: (i') Vorsehen einer zylindrischen Form(71) mit einer gemusterten äußeren Oberfläche, wobeidie gemusterte äußere Oberfläche einStrahlenmuster (712) mit Vorsprüngen und Ausnehmungen in einerbestimmten Anordnung zueinander aufweist; (ii') Rotieren der zylindrischenForm (71) überdie Trägerfilmschicht(62), so dass das Strahlenmuster (712) in dieTrägerfilmschicht(62) übertragenwird, wobei eine Vielzahl von Ausnehmungen gebildet werden, wobeidurch das Prägeverfahrendie vorspringenden Abschnitte der gemusterten Oberfläche (712)nicht die Oberflächedes Substrates berühren, sodass ein relativ dünnerBereich oberhalb des Substrates (61) verbleibt; und (iii') Ätzen undEntfernen des relativ dünnenBereiches, um das Substrat (61) im Bereich der Böden der Ausnehmungenfreizulegen.
    [5] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Prägeverfahren bei Verfahrensschrittc) eines der nachfolgenden Verfahren verwendet, nämlich Heißprägen, Laserdruckund/oder Nanoprägen.
    [6] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung der Vielzahlder oberen Elektroden bei dem Verfahrensschritt e) folgende Verfahrensschritteumfasst: (1) Bilden einer konduktiven Schicht (44, 64)auf einem Polymerfilm (43, 63) und Beschichtender konduktiven Schicht (44, 64) mit einem lichtundurchlässigen Film; (2)Verwenden der photolithographischen Technologie, um eine lichtundurchlässige Maskeauf dem lichtundurchlässigenFilm zu bilden; und (3) Ätzender konduktiven Schicht (44, 64), um die Vielzahlder oberen Elektrodenplatten (441, 641) mit derlichtundurchlässigenMaske korrespondieren zu lassen.
    [7] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Vielzahl deroberen Elektroden bei dem Verfahrensschritt e) folgende Verfahrensschritte umfasst: (1') Bilden einer konduktivenSchicht (44, 64), welche durch ein flexibles Materialauf dem Polymerfilm (43, 63) gebildet wird; und (2') Verwenden einesPrägeverfahrens,um die Vielzahl der oberen Elektroden in der konduktiven Schicht(44, 64) zu bilden.
    [8] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nachAnspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Prägeverfahren bei dem Verfahrensschritt(2') einHeißprägen, einLaserprägenund/oder ein Nanoprägen.
    [9] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Trägerfilmschicht (42, 62)ein flexibles Polymermaterial ist.
    [10] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der vorangehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Material des Polymerfilms (43, 63)das gleiche ist, wie das Material der Trägerfilmschicht (42, 62),welches ein flexibles Polymermaterial ist.
    [11] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Wandlers mit folgenden Verfahrensschritten: a)Vorsehen eines Substrats (41, 61) mit elektrischer Leitfähigkeit; b)Bilden einer Trägerfilmschicht(42, 62) auf dem Substrat (41, 61); c) Bilden einer Vielzahl von Ausnehmungen (421, 621)in der Trägerfilmschicht(42, 62) durch das Verwenden eines Prägeverfahrens; d)Ankleben eines Polymerfilms (43, 63) auf der Trägerfilmschicht(42, 62), so dass die Vielzahl der Ausnehmungen(421, 621) eine Vielzahl von Hohlräumen (422, 622)bilden; und e) Bilden einer Vielzahl oberer Elektroden, welchein Strahlenform auf dem Polymerfilm (43, 63) angeordnetsind, und einer Vielzahl von Verbindungsleitungen zwischen jeweilszwei benachbarten oberen Elektroden.
    [12] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers, insbesondere nachAnspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritta) ferner ein Verfahrensschritt a1) durchgeführt wird: a1) Bilden einerVielzahl unterer Elektrodenplatten, wobei eine Vielzahl von Verbindungsleitungenzwischen jeweils zwei unteren Elektrodenplatten auf dem Substrat(41, 61) vorgesehen werden.
    [13] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der Ansprüche11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden der Ausnehmungen(421, 621) in der Trägerfilmschicht (42, 62)bei dem Verfahrensschritt c) die folgenden Verfahrensschritte umfasst: (i)Vorsehen einer Form (51, 71) mit einer gemustertenOberfläche,wobei die gemusterte Oberflächeein Strahlenmuster mit Vorsprüngenund Ausnehmungen in einer vorbestimmten Ordnung zueinander aufweist; (ii)Prägender Form (51, 71) in die Trägerfilmschicht (42, 62)mit der gemusterten Oberfläche,so dass das Strahlenmuster in die Trägerfilmschicht (42, 62) übertragenwird, wobei beim Prägendie vorspringenden Abschnitte der gemusterten Oberfläche nichtdie Oberflächedes Substrates (42, 61) berühren, so dass ein relativ dünner Bereichoberhalb des Substrates (41, 61) verbleibt; (iii)Entfernen der Form (51, 71), so dass eine Vielzahlvon Ausnehmungen, welche mit dem Strahlenmuster korrespondieren,in der Trägerfilmschicht(42, 62) gebildet werden; und (iv) Ätzen undEntfernen des relativ dünnenBereiches, um das Substrat (41, 61) im Bereichder Böden derAusnehmungen zu enthüllen.
    [14] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der Ansprüche11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung derAusnehmungen in der Trägerfilmschicht(42, 62) bei dem Verfahrensschritt c) die folgendenVerfahrensschritte umfasst: (i') Vorsehen einer zylindrischen Form(71) mit einer gemusterten äußeren Oberfläche, wobeidie gemusterte äußere Oberfläche einStrahlenmuster mit Vorsprüngenund Ausnehmungen in bestimmter Anordnung zueinander aufweist; (ii') Drehen der zylindrischenForm (71) überdie Trägerfilmschicht(42, 62), so dass das Strahlenmuster auf die Trägerfilmschicht(42, 62) übertragenwird, Bilden einer Vielzahl von Ausnehmungen, wobei beim Prägen dievorspringenden Abschnitte der gemusterten Oberfläche nicht die Oberfläche desSubstrates (71) berühren,so dass ein relativ dünnerBereich oberhalb des Substrates (71) verbleibt; und (iii') Ätzen undEntfernen der relativ dünnenRegion, um das Substrat (71) im Bereich der Böden derAusnehmungen zu enthüllen.
    [15] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der Ansprüche11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Prägeverfahren im Verfahrensschrittc) ein Heißprägen, einLaserprägenund/oder ein Nanoprägenverwendet wird.
    [16] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der Ansprüche11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung derVielzahl der oberen Elektroden bei dem Verfahrensschritt e) folgendeVerfahrensschritte umfasst: (1) Bilden einer konduktiven Schicht(44, 64) auf einem Polymerfilm (43, 63),danach Beschichten der konduktiven Schicht (44, 64)mit einem lichtundurchlässigenFilm; (2) Verwenden der photolithographischen Technologie,um eine lichtundurchlässigeMaske zu bilden, welche auf dem lichtundurchlässigen Film angeordnet ist;und (3) Ätzender konduktiven Schicht (44, 64), um die Vielzahlder oberen Elektrodenplatten (422) mit der lichtundurchlässigen Maskekorrespondieren zu lassen.
    [17] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der Ansprüche11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung derVielzahl der oberen Elektroden im Verfahrensschritt e) folgendeVerfahrensschritte umfasst: (1') Bilden einer konduktiven Schicht (44, 64),bestehend aus einem flexiblen Material, auf dem Polymerfilm (43, 63);und (2') Verwendeneines Prägeverfahrens,um die Vielzahl der oberen Elektroden in der konduktiven Schicht(44, 64) zu bilden.
    [18] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nachAnspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Prägeverfahren im Verfahrensschritt(2') einHeißprägen, einLaserprägenund/oder ein Nanoprägenverwendet wird.
    [19] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der Ansprüche11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Trägerfilmschicht(42, 62) ein flexibles Polymermaterial ist.
    [20] Prägeverfahrenzum Herstellen eines mikrokapazitiven Ultraschall-Wandlers nacheinem der Ansprüche11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Polymerfilms(43, 63) das gleiche Material ist, wie das Materialder Trägerfilmschicht (42, 62),welches ein flexibles Polymermaterial ist.
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    公开号 | 公开日
    TWI240990B|2005-10-01|
    DE102004006156B4|2007-01-11|
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    引用文献:
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